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減速器在原動機(jī)和工作機(jī)或執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間起匹配轉(zhuǎn)速和傳遞轉(zhuǎn)矩的作用，能夠降低原動機(jī)轉(zhuǎn)速或增大扭矩，是一種被廣泛應(yīng)用于工礦企業(yè)及運(yùn)輸、建筑等部門的機(jī)械部件。傳統(tǒng)的減速器設(shè)計主要是憑借經(jīng)驗或直觀判斷來確定方案，并在滿足所提出要求的前提下，首先根據(jù)齒輪的接觸強(qiáng)度或彎曲強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計，然后對該方案進(jìn)行強(qiáng)度校核，同時進(jìn)行適當(dāng)修改以確定結(jié)構(gòu)尺寸。減速器軸是其主要零部件，主要功用是支承機(jī)器中的旋轉(zhuǎn)零件(如齒輪、帶輪等)，并傳遞運(yùn)動和動力。所以減速器軸的強(qiáng)度分析是非常重要的，以下我們就軸的傳統(tǒng)強(qiáng)度分析與有限元分析作一下對比，最終得出有限元強(qiáng)度分析是非常有效的一種方法。已知電動機(jī)的相關(guān)參數(shù)：功率P=25kw，轉(zhuǎn)速n=970r/min，先作出軸的受力計算簡圖，去集中載荷作用于齒輪及軸承的中點。
根據(jù)減速器軸的相關(guān)參數(shù)，運(yùn)用三維建模軟件Solidworks建立軸的實體模型，在建模時采用草圖加旋轉(zhuǎn)特征的方法而不是逐步疊加法，采用該方法不僅可以縮短建模時間而且可以任意調(diào)整相關(guān)尺寸而不出現(xiàn)錯誤。最終建立的實體模型如圖所示。將Solidworks建立的實體模型導(dǎo)入大型有限元分析軟件ANSYS中進(jìn)行有限元分析。為了提高分析精度，采用整體模型作為分析對象，最終離散出來的有限元模型如圖所示，離散的單元數(shù)為92262，節(jié)點數(shù)為174860。軸的材料為45調(diào)質(zhì)鋼，該型材料的屈服極限為59 MPa，根據(jù)機(jī)械設(shè)計手冊等相關(guān)文獻(xiàn)的規(guī)定和軸在減速器中的受力特性對軸施加相應(yīng)的載荷和約束條件。最終計算得到軸的最大Von Mises應(yīng)力值為30MPa，如圖所示，最大應(yīng)力發(fā)生在軸的剖面D處，與傳統(tǒng)計算結(jié)果非常吻合。
(1)通過減速器軸的對比計算，傳統(tǒng)計算步驟較為繁瑣，而運(yùn)用有限元分析方法對軸進(jìn)行強(qiáng)度分析，計算得出的結(jié)果和傳統(tǒng)計算比較接近，甚至更安全，從而提高了工程計算效率。同時還能很直觀的看出危險截面，對其進(jìn)行修改提供了很大的便利，對機(jī)械工程人員的工作量不僅有一定的減輕，還對其精度有了進(jìn)一步的提高。這對以后ANSYS在一般機(jī)械方面的設(shè)計提供了一定參考，對其推廣也有一定的意義。(2)根據(jù)軸的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范，計算得到結(jié)構(gòu)上危險部位處的應(yīng)力分布結(jié)果，以便判斷所設(shè)計結(jié)構(gòu)的可靠性，并在此基礎(chǔ)上對結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，從而避免某些結(jié)構(gòu)或零部件由于過大的應(yīng)力或壓曲失穩(wěn)而損壞、并控制機(jī)械結(jié)構(gòu)整體及其零部件的剛性性能。另外，對于那些所受應(yīng)力較小、結(jié)構(gòu)材料利用不充分的區(qū)域可以結(jié)合加工和制造工藝的實際情況進(jìn)行材料板厚減薄、截面尺寸減小等，從而達(dá)到設(shè)計階段的成本降低控制。(3)采用CAD/CAE技術(shù)對減速器軸進(jìn)行強(qiáng)度分析，不僅可以節(jié)省計算時間，提高計算效率，而且建立了一整套關(guān)于軸強(qiáng)度分析的工程驗證方法，對今后軸強(qiáng)度分析提供相關(guān)工程分析方法。
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