基于Marc有限元分析的二级减速器齿轮优化设计

韩灵全

摘 要：Marc有限元分析指的是高级非线性有限元分析模块，在该模块造型功能的基础上，能够实体产业项目中所需要的部件进行优化设计，应用Marc有限元分析软件能够解决复杂的工程问题，从而满足实际的生产需要，而且，还能够为高等级的学术项目研究提供帮助。本文就Marc有限元分析软件的基本应用情况进行阐述，并剖析基于Marc有限元分析的二级减速器齿轮优化设计内容，以期为同类型设计项目的完善带来有益的借鉴。

关键词：Marc有限元分析；二级减速器齿轮；优化；设计

前言

运用Marc有限元分析方法，是在以往所采用的靜态分析的基础上，针对二级减速器齿轮进行优化设计。在这一过程中，是以二级减速器齿轮的体积等目标函数为依据，以齿轮的结构尺寸以及该物件所允许的应力为基础条件，构建了较为科学化的数学模型，凭借Marc有限元分析软件的功能，将复杂的物件结构处理进行优化，从而达到了升级设计程序的目标，能够在一定程度上保证其所分析设计出来的结果符合要求。

1.浅析Marc有限元分析软件

Marc有限元分析实际上利用的是功能齐全的高级非线性有限元软件来实现的，因该软件有着较强的结构性分析能力，往往一些复杂的分析就依靠它来完成，诸如：“线性（非线性）静力分析”、“模态分析”、“频谱分析”以及“动力响应分析”等等，其分析结果能够满足时下工业领域以及学术界的需求，为实践及项目研究过程提供高质量且层次丰富的资料。

2.基于Marc有限元分析的二级减速器齿轮设计的内容

通过研究传统设计方案中的二级减速器齿轮设计内容，并找寻设计当中所出现的实际问题，并针对其中所出现的问题进行处理，从实践过程来看，基于Marc有限元分析的二级减速器齿轮优化设计方案较为可行，其中的诸多设计方案为实际项目研究带来了有益的帮助，而且，还为工业领域的生产部件的制备提供了高精度的设计方案，从而实现高质量生产，在这其中，“二级减速器齿轮”的优化设计内容就是在Marc有限元分析软件的基础上得来的[1]。

2.1传统设计方案中的二级减速器齿轮设计内容

机械减速器物件是机器当中的重要构成部分，其功能是将“原动机”的运动与动力传递给“工作机”，在整个操作的过程中依靠二级减速器齿轮的功能来完成，在其作用下，改变了“原动机”的运动速度及状态等指标，从而顺应当前“工作机”的实际需求[2]。在以往，该环节的设计是依据机械减速器齿轮的静态分析结果来进行的，尽管该方法能够满足待设计物件的结构尺寸要求，但其精度往往不够，由此可见，传统设计方案仍需优化改进。从总体设计过程来看，鉴于变速器齿轮的建模、分析以及优化策略都大致趋同，所以都采用的是自由网格形式来进行齿轮划分，进而完成参数化有限元模型的设计。

2.2基于Marc有限元分析的二级减速器齿轮优化设计内容

如若想要针对二级减速器齿轮部件进行优化设计，则采用Marc有限元分析软件是不错的选择，因其会为整个部件的设计提供最有效的设计方案，从而保证在实际生产制备该类型部件时，尽可能达到高质量、低成本的理想化目标。从具体的操作过程来看，基于Marc有限元分析的二级减速器齿轮优化设计方案较为可行，因该类型设计的结果较传统分析结果更为精准，使设计目标在满足结构尺寸以及许用应力的基础上，物件的体积大小最为合理[3]。与此同时，对整个物件制备结果的预想也极为重要，就比如，在进行齿轮制备及安装之前，可以对齿轮安装孔表面上的节点进行零位移束缚，而无需考量齿轮设计以后的制造误差等意外状况所能对其产生的影响，因其在设计环节中已经执行了预估处理。

齿轮的根部所受到的应力为整个齿轮当中受力最大的部位，因此，在进行优化设计的过程中，已经将齿轮根部的结构进行加固处理，同时，为了降低实际生产的物料成本，将设计方案当中的材料改为“腹板式”设计模式。从现实的角度来看，由于二级减速器齿轮的参数化模型的建立过程较为复杂，在传统的分析方法下就往往达不到高速运算分析的要求，实际上，Marc软件分析结果的呈现极为快速，而且，还可以针对某些细节部分的设计内容进行优化设计处理，从而保证部件的总体设计质量优良[4]。在Marc有限元分析的基础上，齿轮的参数化有限元模型的构建过程较以往有所简化，所以，它可以在第一时间对整个机器系统操作过程中的载荷进行求解，从而将减速器齿轮的载荷按照齿轮传递过程中的转矩压力进行二次施压[5]。但尽管如此，鉴于Marc软件分析的结果的精度较高，则无需担心齿轮的制造误差的出现或是在安装过程中出现问题，因其载荷能力是符合标准的。

3.结束语

通过对二级减速器齿轮的传统设计依据及其结果的分析，并结合二级减速器齿轮在机器中的重要作用，了解到该类型机械性能的实际要求，并在Marc软件分析结果的基础上，进一步优化了二级减速器齿轮物件的设计方案。在实践过程中发现，基于Marc软件分析结果的二级减速器齿轮设计内容较为合理，因其实在较为精准的结构设计的基础上完成的，设计方案能够为实际生产带来了较为有力的帮助。

参考文献：

[1]张勇，张树生，张开兴.基于CATIA的减速器输出轴有限元分析[J].机械与电子，2010，06（06）：11-13.

[2]高爱梅，李金良，周满山，等.矿用减速器啮合直齿轮有限元分析及优化[J].起重运输机械，2014，04（04）：84-85.

[3]李永亮.连轧管机减速器齿轮轴端部螺栓安全使用寿命分析[J].CAD/CAM与制造业信息化，2014，11（11）：43-45.

[4]王同庆，王文武.基于UG的行星齿轮减速器齿轮轴的有限元分析和优化[J].中小企业管理与科技（上旬刊），2013，02（02）：304-305.

[5]张争艳，陈定方，沈文胜，等.基于混合非线性规划的混合式齿轮减速器离散优化设计[J].中国机械工程，2011，12（23）：2778-2780.