如何利用ANSYS实现工程实际项目中的双输入蜗轮蜗杆减速器系统仿真评估

目前，随着对产品性能的要求越来越多，精度要求越来越高；对于一个工业产品的某一方面的性能分析已经很难满足甲方或者实际工作的需要。就像产品的结构性能一般包括：强度、振动、疲劳、碰撞、冲击、材料、优化七个方面，针对蜗轮蜗杆减速器仿真一般需要进行强度、振动、疲劳、散热分析等。

一、强度分析

强度分析一般指静强度分析，常研究结构在常温条件下承受载荷的能力。静强度除研究承载能力外，还包括结构抵抗变形的能力（刚度）和结构在载荷作用下的响应（应力分布、变形形状、屈曲模态等）特性。强度分析是设计工作的先决条件，比如桥梁、车身、家电产品、大型桁架结构等

对于蜗轮蜗杆减速器的强度分析包括：各个零部件强度校核、整个装配体的刚度与强度检验。对于简单的零部件或许可以借助相关理论公式进行推算，比如转轴可以采用材料力学相关公式计算弯曲强度、扭转强度以及剪切强度等，但涉及到复杂的装配体的强度，比如轴承系统、齿轮系统采用理论计算需要花费大量时间，此时就可以借助ANSYS软件进行辅助计算，从而查看减速器在恒定载荷下应力和变形的分布，在此基础上做出相关调整，保证减速器结构的可靠性。

升降机桁架强度分析

蜗轮蜗杆强度校核

二、结构动力学分析

结构动力学是研究结构的动力特性及动载荷作用下动力反应的分析原理和方法，目的是确认结构的动力特性及其在动载荷作用下的结构动力反应等。结构动力学也是我们实际分析中很常见的分析形式，比如桥梁振动、汽车碰撞、机床运行、发动机运行等等。

蜗轮蜗杆减速器在运行过程中，不仅会承受齿轮啮合和轴承运行过程中带来的振动，还会受到轴系不平衡度和外界因素的影响，一旦产生振动，会导致整个机器振动，严重时甚至直接导致零部件的破坏失效，从而导致整个机器不能运行。

一般情况下，我们可以根据载荷形式来区分振动，确定载荷可以进行瞬态、谐响应、响应谱等分析。不确定载荷可以进行随机振动分析。蜗轮蜗杆减速器是在确定载荷下进行工作的，所以我们在对其进行振动分析时，一般采用瞬态动力学求解时程振动，或者谐响应分析求解振动响应，可以快速得到整个减速器的振动情况，从而做出最合理的处理措施。

V4发动机动力学分析

蜗轮蜗杆减速器锥齿轮啮合&滚子轴承动力学分析

三、疲劳分析

疲劳失效是机械失效的主要失效方式，是指材料在低于正常强度情况下的往复交替和周期循环应力下，产生逐渐扩展的脆性裂纹，导致最终断裂的倾向。一般根据失效循环周期次数可以分为高周疲劳和低周疲劳，而低周疲劳又称之为应变疲劳，高周疲劳又称为应力疲劳。比如螺栓疲劳失效断裂，曲轴失效断裂等。

对于蜗轮蜗杆减速器而言，一般不会发生应变疲劳，所以我们一般都是去进行高周疲劳分析。考察整个减速器，容易产生疲劳失效的零部件，主要包括蜗轮蜗杆、锥齿轮组以及轴承，因此对于这些关键部件，都需要进行疲劳分析，以保证减速器的运行寿命。

疲劳断裂实例

锥齿轮疲劳分析

四、热分析

在CAE领域对热的分析主要包括：1）稳态热分析和瞬态热分析，用以观察结构的温度或热量的分布；2）热-结构耦合：间接耦合和直接耦合，观察结构受热后的应力变化状态；比如说高炉、电子元器件、制动器等等。

蜗轮蜗杆减速器有着很好的减速比和稳定性，但运行过程中也有着比较严重的生热问题，因此，蜗轮蜗杆减速器的散热研究也是备受关注的，我们可以采用ANSYS进行直接耦合来进行减速器的摩擦生热分析，研究采用何种冷却方式，以保证部件的使用寿命。

电子元件热分析

盘式制动器摩擦生热

五、刚柔耦合

对于大型复杂装配体，如果采用全柔性体计算，一方面导致计算时间大大增加，另一方面也会导致计算误差，影响计算结果的可靠性，比如移动抓取机器人进行机械臂以及运行轨迹的分析时，最佳的方法是将车身等位置进行刚性化，机械臂设置为柔性体。因此在一些复杂装配体当中，非关键位置一般会考虑更改为刚性体，采用刚柔耦合分析。

针对蜗轮蜗杆减速器，我们本次主要考量内部传动零部件的性能，因此我们可以将箱体进行刚体化处理，主要考量蜗轮、蜗杆、锥齿以及轴承的结构分析。

 移动抓取机器人刚柔耦合

蜗轮蜗杆减速器刚柔耦合