基于ansys的Y56型低速さ緇輸出軸的動(dòng)靜態(tài)分析

摘 要：本文講解了低速電機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理，通過諧波齒輪機(jī)構(gòu)得到是電機(jī)得到減速，通過Pro/E建立輸出軸的三維模型，導(dǎo)入分析軟件ANSYS分析，獲得靜力和模態(tài)的分析結(jié)果，從分析數(shù)據(jù)可知，

關(guān)鍵詞：低速電機(jī) 諧波齒輪 Pro/E ANSYS

引言

低速電機(jī)是一種基于系列電機(jī)和諧波齒輪傳動(dòng)技術(shù)的機(jī)電一體化產(chǎn)品，它突破了傳統(tǒng)的電機(jī)加減速機(jī)的傳動(dòng)模式，能以低轉(zhuǎn)速大轉(zhuǎn)矩直接驅(qū)動(dòng)要求低轉(zhuǎn)速的機(jī)械，這種新型電機(jī)近年來在許多行業(yè)中獲得了應(yīng)用。該系列電機(jī)，克服了軋機(jī)地坑狹窄，設(shè)備維修不便的困難。

1.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介.

Y系列低速電機(jī)由高、低速兩區(qū)組成。兩區(qū)之間以內(nèi)端蓋和橡膠油封隔開。高速區(qū)采用的是Y系列電機(jī)技術(shù)與工藝，共五種磁極數(shù)。.2.諧波減速機(jī)構(gòu).

如圖1所示。剛性內(nèi)齒輪與電機(jī)殼體緊固聯(lián)接；柔性齒輪的齒數(shù)比剛輪齒數(shù)少1齒或2齒；柔性軸承能產(chǎn)生彈性變形；凸輪外圓為橢圓形，內(nèi)孔與轉(zhuǎn)子軸緊配合。凸輪壓入柔性軸承內(nèi)圓后，兩者組成波發(fā)生器。當(dāng)轉(zhuǎn)子連續(xù)旋轉(zhuǎn)時(shí)，波發(fā)器就能迫使柔輪產(chǎn)生連續(xù)的彈性變形，并形成一對(duì)基本對(duì)稱的諧波。

3.輸出軸靜力分析.

3.1低速軸的模型導(dǎo)入

本部分分析對(duì)象是低速電機(jī)輸入端的低速軸，Pro/E實(shí)體模型導(dǎo)入ANSYS中。實(shí)驗(yàn)證明軸階梯處倒角和圓角及螺紋孔對(duì)分析結(jié)果影響不太，但是ANSYS軟件分析時(shí)卻耗費(fèi)大量時(shí)間，為減少計(jì)算量、縮短計(jì)算時(shí)間，忽略軸階梯處倒角和倒角等。圖2是簡(jiǎn)化后的Pro/E模型。.

3.2低速軸的網(wǎng)格劃分

將整機(jī)經(jīng)過適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化，導(dǎo)入分析軟件ANSYS中，得到有限元模型。根據(jù)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(qiáng)度為600MPa，泊松比為0.3。運(yùn)用ANSYS軟件對(duì)移動(dòng)橋進(jìn)行建模分析。為了提高分析的精度，網(wǎng)格劃分時(shí)采用二階實(shí)體四面體單元，每個(gè)二階實(shí)體四面體單元有10個(gè)節(jié)點(diǎn)（4個(gè)角點(diǎn)和6個(gè)中間點(diǎn)），并且每個(gè)節(jié)點(diǎn)有3個(gè)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(duì)低速軸的具體結(jié)構(gòu)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(dòng)力從左端花鍵槽輸入，計(jì)算出輸入轉(zhuǎn)矩為1760N·mm。加載采用在花鍵槽面上各個(gè)節(jié)點(diǎn)加集中力；由于通過齒輪嚙合把動(dòng)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(gè)均布力Pressure。從結(jié)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(yīng)力強(qiáng)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(yīng)力集中現(xiàn)象。軸的向量位移在軸的左邊變形最大，其中最大為這是因?yàn)檩S的前端部分細(xì)長(zhǎng)，而且所受扭矩自身重力較大。

4.模態(tài)分析.

機(jī)床結(jié)構(gòu)是個(gè)連續(xù)體，質(zhì)量和彈性都是連續(xù)分布的，所以應(yīng)具有無窮多個(gè)自由度，也就是無窮多階模態(tài)。但是該電機(jī)的最大轉(zhuǎn)速是350r/min，因此作用在電機(jī)的激勵(lì)力頻率已遠(yuǎn)高于可能出現(xiàn)的激振力的頻率，一般不可能發(fā)生共振，對(duì)于加工質(zhì)量的影響不大，所以只需研究機(jī)床的低階模態(tài)。對(duì)原機(jī)床整機(jī)的有限元模型進(jìn)行模態(tài)分析，得系統(tǒng)前4階固有頻率和振型。其中能明顯表現(xiàn)出機(jī)床動(dòng)態(tài)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(dòng)、左右搖晃和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。由整機(jī)模態(tài)、振型可見，對(duì)整機(jī)振型影響不是很明顯，主軸箱的影響較大，移動(dòng)的位移量為變形量較小，電機(jī)在靜力和模態(tài)方面的影響結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完全滿足要求。

5.結(jié)論.

本文主要工作的關(guān)鍵點(diǎn)如下：

1.講解了低速電機(jī)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(jī)輸出軸CAD模型，為企業(yè)以后數(shù)字化生產(chǎn)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(tài)情況，分析得到數(shù)據(jù)為：靜力的變形最大位移量為模態(tài)的前四階模態(tài)，通過數(shù)據(jù)分析可知，該結(jié)構(gòu)在靜力及模態(tài)方面都能夠滿足要求，不影響電機(jī)性能；

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