齿轮减速箱研究方法之：有限元法

发布日期：2013-02-19 16:50 点击：文章来源：斜齿轮减速机，丝杆升降机，蜗轮文章作者：成大减速机编辑

每一种产品想在市场上获得足够的竞争力，那对于提高产品质量，取降低产品成本缩短产品设计周期都是在持续解决的，齿轮减速机公司也不例外，业内各大减速箱公司早在几年前就着手于基于有限元分析法的齿轮减速机的优化设计研究。此项研究主要是用先进的设计方法指导产品的结构设计，使其具有更好的齿轮减速机强度和刚度。
有限元模型：

    有限元法就是把一个弹性连续体划分为有限大小的、彼此只在有限个点连接的、有限个单元组合体来研究的方法。它是随着计算机技术的飞速发展而出现的一种根据变分原理求解数学物理问题的数值计算方法。其基本前提是:将连续的求解域离散为一组有限个单元的组合体。这样的组合体能解析地模拟或逼近求解区域。由于单元按照不同的连接方式组合在一起，且单元本身又可以有不同的几何形状，因此可以模型化几何形状复杂的求解域。有限元法作为一种数值分析方法的另一重要步骤是利用在每一个单元内假设的近似函数来表示全求解域上待求的未知场函数。单元内的近似函数通常由未知函数在各个单元节点上的数值及插值函数来表达。这样一来，一个问题的有限分析中未知场函数的节点值就成为新的未知量，从而使一个连续的无限自由的问题离散成有限的自由度问题。一经求出这些未知量，就可以利用插值函数来确定单元组合体上的场函数。显然，随着单元数目的增多，解的近似程度将不断改进，如果单元是满足收敛要求的，近似解将收敛于精确解。
    齿轮减速箱研究方法之有限元法是计算数学、计算力学和计算工程科学领域里诞生的最有效的计算方法。有限元方法形态丰富，理论基础完善，且己经开发出一批通用有限元程序，使用这些软件可以解决工程领域众多的大型科学和计算难题，有限元计算结果已成为各类工业产品设计和性能分析的可靠依据。许多有限元分析程序将有限元分析、计算机图形学与优化技术结合起来，形成完整的计算机辅助设计系统，可显著提高产品设计性能，缩短设计周期，增强产品的竞争力。
    在众多有限元分析商业软件中，ANSYS是最通用有效的软件之一。它拥有丰富和完善的单元库、材料模型库和求解器，确保高效的求解各类结构的静力、动力、振动、线性和非线性问题以及热分析和热一结构藕合问题，其高级分析技术还能进行参数化设计、优化设计和拓扑优化等。
    运用有限元既可以进行新产品的设计，又可以用来对己有产品进行验算，还可以分析产品失效的原因并进行改进，国内很多人对此进行了研究。用ANSYS有限元软件对齿轮轮齿进行了有限元弯曲应力分析，计算出了齿轮齿根应力分布，应力集中区，为提高螺旋伞齿轮的承载能力和新产品的开发提供了较为可靠的依据;通过ANSYS软件分析计算出的齿轮减速机齿轮最大应力和最大应变，证明了实际情况的受力变形情况，进而为改进减速机齿轮性能做好了准备。