基于Workbench蜗轮蜗杆减速器中传动设计

苗君明

辽宁装备制造职业技术学院（ 沈阳 110161）

0 引言

Workbench在CAE 功能上引领现代产品研发科技，涉及的内容包括：高级分析、网格划分、优化、多物理场和多体动力学。

ANSYS 在 Workbench平台下融合了更多的ANSYS的核心技术，提供了这些产品集成化的解决方案，提高了用户的生产力。Workbench是第一个除结构分析能力外，又具备电磁分析能力、以及业界领先的CFD及网格划分技术（CFX和 ICEM CFD）的 ANSYS软件版本。并且，Workbench还丰富了材料库，兑现了ANSYS公司对客户的承诺，也就是，针对市场提供集成化、模块化、可扩展的工程仿真解决方案。

在 Workbench的界面下，在统一的环境中轻松完成整个CFD仿真流程。就如同一件精美的艺术品，用户可以通过它来完成CAD的数据读取、几何处理、网格划分、物理环境设置、求解控制以及后处理，而不再需要在完全不同的产品中切换和处理数据库文件。

1 蜗轮蜗杆传动设计

1.1 蜗轮蜗杆减速器要求参数

蜗轮蜗杆减速器设计要求牵引力(F)：3KN，速度(V)：0.45m/s。

1.2 传动零件的设计计算

(1)选择蜗杆的传动类型

根据GB/T10085-1988采用渐开线蜗杆。

(2)选择材料

(3)蜗杆与蜗轮的主要参数

模数m=5

蜗杆头数 z1=2

蜗轮齿数 z2=41

蜗轮变位系数 X2=-0.5

蜗杆分度圆导程角r= 1 1°18′36′′

直径系数q=10.0

则计算如下

蜗杆轴向齿距

蜗杆导程

蜗杆分度圆直径

蜗杆齿顶圆直径

顶隙c=c*m=0.25×5=1.25mm

蜗杆齿根圆直径

渐开线蜗杆基圆直径

蜗杆齿根高

蜗杆齿高

蜗杆齿宽

1.3 应力分析

(1)蜗轮轴上受力

输出端键槽受力F=1273.33N

(2)蜗杆轴的受力

即输入端键槽受力F0=F=820N

蜗杆上的受力

蜗杆轴键槽受力F=Ft=8311.2N

1.4 Workbench软件的有限元分析

Workbench软件的应用主要是对二级减减速器的三根轴进行应力分析和强度校核，其中轴的建模在 SolidWorks三维软件中完成然后导入到Workbench软件中进行有限元分析。

减速器装配与工作过程中，各轴与轴承以及相应的齿轮配合。同时承受着它们作用在轴上的轴向、周向、径向三个方向的应力。在分析过程中，轴向力转化为作用在轴上的一对力偶，周向力转化为作用在键槽内侧的其中一个面上的应力，径向力则转化为作用在键槽所在的半圆柱面上的应力。这样便能符合 Workbench软件的分析条件。将这些力施加到对应的面上以后进行求解，得出结果。

图1-图6为利用三维分析软件Workbench对蜗轮蜗杆减速器的轴进行校核的图示结果。

图1 蜗杆轴网格图

图2 蜗杆轴等效应力

图3 蜗杆轴变形

图4 蜗轮轴网格图

图5 蜗轮轴等效应力

图6 蜗轮轴变形

2 结论

应用 Workbench进行强度校核过程中，将齿轮的周向力及输入输出扭矩转化为轴上键槽内侧面的均布力，分析结果中在该处产生了应力集中现象，该处的应力值偏大，因此这与传统的轴的应力校核结果出现一定偏，排除由于应力集中引起的偏差，轴的强度校核结果均满足强度要求。因此，应用Workbench进行轴的强度校核，不仅可以直观的观察到应力在各周段的分布情况，而且可以实现强度校核的目的，比传统的强度校核方法更合理，更方便。

[1]巫少龙,张元祥.基于ANSYSWorkbench的高速电主轴动力学特性分析.设计与研究,2010(9).

[2]李兵,何正嘉等.Ansys Workbench设计、仿真与优化.北京：清华大学出版社,2008.

[3]周春平,张开林.高速动车组万向节传动轴花键接触分析.设计与研究,2008(8).