基于ansys的Y56型低速さ緇輸出軸的動靜態分析

摘 要：本文講解了低速電機的結構及工作原理，通過諧波齒輪機構得到是電機得到減速，通過Pro/E建立輸出軸的三維模型，導入分析軟件ANSYS分析，獲得靜力和模態的分析結果，從分析數據可知，

關鍵詞：低速電機 諧波齒輪 Pro/E ANSYS

引言

低速電機是一種基于系列電機和諧波齒輪傳動技術的機電一體化產品，它突破了傳統的電機加減速機的傳動模式，能以低轉速大轉矩直接驅動要求低轉速的機械，這種新型電機近年來在許多行業中獲得了應用。該系列電機，克服了軋機地坑狹窄，設備維修不便的困難。

1.結構簡介.

Y系列低速電機由高、低速兩區組成。兩區之間以內端蓋和橡膠油封隔開。高速區采用的是Y系列電機技術與工藝，共五種磁極數。.2.諧波減速機構.

如圖1所示。剛性內齒輪與電機殼體緊固聯接；柔性齒輪的齒數比剛輪齒數少1齒或2齒；柔性軸承能產生彈性變形；凸輪外圓為橢圓形，內孔與轉子軸緊配合。凸輪壓入柔性軸承內圓后，兩者組成波發生器。當轉子連續旋轉時，波發器就能迫使柔輪產生連續的彈性變形，并形成一對基本對稱的諧波。

3.輸出軸靜力分析.

3.1低速軸的模型導入

本部分分析對象是低速電機輸入端的低速軸，Pro/E實體模型導入ANSYS中。實驗證明軸階梯處倒角和圓角及螺紋孔對分析結果影響不太，但是ANSYS軟件分析時卻耗費大量時間，為減少計算量、縮短計算時間，忽略軸階梯處倒角和倒角等。圖2是簡化后的Pro/E模型。.

3.2低速軸的網格劃分

將整機經過適當的簡化，導入分析軟件ANSYS中，得到有限元模型。根據圖紙，低速軸材料為45鋼，采用的是密度為彈性模量為2GPa、屈服強度為600MPa，泊松比為0.3。運用ANSYS軟件對移動橋進行建模分析。為了提高分析的精度，網格劃分時采用二階實體四面體單元，每個二階實體四面體單元有10個節點（4個角點和6個中間點），并且每個節點有3個自由度，獲得如圖3所示的有限元模型。.

3.3低速軸的線性靜力分析

針對低速軸的具體結構而言.兩軸承端施加了全約束；載荷包括：①首先施加重力于整體：②該軸動力從左端花鍵槽輸入，計算出輸入轉矩為1760N·mm。加載采用在花鍵槽面上各個節點加集中力；由于通過齒輪嚙合把動力輸出，因此在和平鍵連接的鍵槽面上和與齒輪連接的軸圓柱砸上各有一個均布力Pressure。從結果向量位移云圖4可看出，軸的平鍵鍵槽表面部位所受到的應力強度比較大，在軸肩過渡處這樣的尺寸變化較大的部位.也存在一定的應力集中現象。軸的向量位移在軸的左邊變形最大，其中最大為這是因為軸的前端部分細長，而且所受扭矩自身重力較大。

4.模態分析.

機床結構是個連續體，質量和彈性都是連續分布的，所以應具有無窮多個自由度，也就是無窮多階模態。但是該電機的最大轉速是350r/min，因此作用在電機的激勵力頻率已遠高于可能出現的激振力的頻率，一般不可能發生共振，對于加工質量的影響不大，所以只需研究機床的低階模態。對原機床整機的有限元模型進行模態分析，得系統前4階固有頻率和振型。其中能明顯表現出機床動態特性的是第1、3階振型，第1、3階振型分別是主軸的上下擺動、左右搖晃和扭轉振動。由整機模態、振型可見，對整機振型影響不是很明顯，主軸箱的影響較大，移動的位移量為變形量較小，電機在靜力和模態方面的影響結構設計完全滿足要求。

5.結論.

本文主要工作的關鍵點如下：

1.講解了低速電機的工作原理，利用諧波齒輪變速；

2.利用Pro/E軟件建立Y56型電機輸出軸CAD模型，為企業以后數字化生產做好良好的鋪墊；

3.利用有限元軟件ANSYS，分析得出靜力變形及模態情況，分析得到數據為：靜力的變形最大位移量為模態的前四階模態，通過數據分析可知，該結構在靜力及模態方面都能夠滿足要求，不影響電機性能；

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