基于ansys減速器軸承端蓋熱結(jié)構(gòu)耦合場(chǎng)分析

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1、基于ANSYS的減速器軸承端蓋熱—結(jié)構(gòu)耦合場(chǎng)分析(純粹為了完成作業(yè)寫(xiě)的,得分不高,希望對(duì)你有幫助)摘要：減速器在工程機(jī)械中運(yùn)用十分廣泛，而其散熱一直存在較大的問(wèn)題。本文運(yùn)用ansys對(duì)減速器軸承端蓋進(jìn)行了熱—結(jié)構(gòu)耦合場(chǎng)的分析，得出了其散熱趨勢(shì)以及變形趨勢(shì),得到了溫度分布圖、軸向變形云圖、軸向應(yīng)力云圖，對(duì)減速器軸承端蓋的設(shè)計(jì)和優(yōu)化有一定的指導(dǎo)意義。關(guān)鍵詞：減速器；軸承端蓋；ansys；熱、結(jié)構(gòu)耦合場(chǎng)1.引言減速器是在原動(dòng)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)矩的作用的機(jī)構(gòu)，其在工程機(jī)械領(lǐng)域運(yùn)用十分廣泛。對(duì)于齒輪圓周速度不大的減速器

2、，一般采用將大齒輪浸入油池中的浸油潤(rùn)滑。這樣，齒輪在傳動(dòng)時(shí)，就把潤(rùn)滑油帶到嚙合的齒面上，同時(shí)也將油甩到箱壁上，借以散熱。工作中，當(dāng)發(fā)現(xiàn)油溫溫升超過(guò)80℃或油池溫度超過(guò)100℃及產(chǎn)生不正常的噪聲等現(xiàn)象時(shí)應(yīng)停止使用，檢查原因，必須排除故障，更換潤(rùn)滑油后，方可繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。運(yùn)用ansys對(duì)減速器軸承端蓋進(jìn)行熱—結(jié)構(gòu)耦合場(chǎng)的分析，得出了其散熱趨勢(shì)以及變形趨勢(shì)，這樣我們運(yùn)用傳感器對(duì)減速器軸承端蓋進(jìn)行檢測(cè)，就能大致預(yù)測(cè)減速箱內(nèi)部的溫度，有利于傳感器使用壽命的提高。同時(shí)我們將得到軸承端蓋的溫度分布圖、軸向變形云圖、軸向應(yīng)力云圖，對(duì)減速器軸承端蓋的設(shè)計(jì)

3、和優(yōu)化有一定的指導(dǎo)意義。2.軸承端蓋熱—結(jié)構(gòu)模及相關(guān)參數(shù)條件建立2.1熱—結(jié)構(gòu)分析方法減速器軸承端蓋的結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)的材料參數(shù)與熱變化過(guò)程相互影響，需要按照熱、結(jié)構(gòu)耦合模式進(jìn)行分析。ANSYS提供了兩種耦合場(chǎng)的分析方式：間接法和直接法。間接法求解熱—結(jié)構(gòu)耦合問(wèn)題也稱(chēng)為熱應(yīng)力分析，是指溫度場(chǎng)引起結(jié)構(gòu)場(chǎng)中的熱應(yīng)變、熱應(yīng)力，但結(jié)構(gòu)應(yīng)變場(chǎng)的變化不影響溫度場(chǎng)。在此類(lèi)問(wèn)題中作為體載荷直接施加在結(jié)構(gòu)上的節(jié)點(diǎn)溫度可以直接定義或由熱分析獲得。直接法則使用具有位移和溫度自由度的耦合單元類(lèi)型，同時(shí)得到熱分析和結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析的結(jié)果。對(duì)于沒(méi)有呈現(xiàn)高度非線性相關(guān)的熱

4、—結(jié)構(gòu)耦合問(wèn)題，一股使用間接法分別進(jìn)行熱分析和結(jié)構(gòu)分析搞更有效和靈活。但對(duì)于高度非線性相關(guān)的熱—結(jié)構(gòu)耦合問(wèn)題，直接法可以得到比較準(zhǔn)確的結(jié)果。我們將運(yùn)用間接分析法來(lái)分析減速器軸承端蓋的熱—結(jié)構(gòu)耦合問(wèn)題。7/72.2軸承端蓋模型簡(jiǎn)化及相關(guān)參數(shù)建立減速器軸承端蓋有各種各樣的類(lèi)型，本文討論如下圖1中比較常用的一種軸承端蓋。圖1減速器中的軸承端蓋D為軸承外徑，我們選用90mm；D2=D+（5～5.5）d3,d3為M12螺釘大徑，所以D2=150mm；厚度e3=8mm；具體尺寸如下圖2，圖2軸承端蓋尺寸圖在ansys建模中，我們忽略了一些局部的

5、圓角，同時(shí)，我們將螺栓聯(lián)接處作為無(wú)差別的端蓋材料處理。端蓋的材料為45鋼，彈性模量200GPa,泊松比0.3，傳熱系數(shù)19w/(m2.K),熱膨脹系數(shù)0.65×10-5/℃-1。軸承端蓋軸向位移被約束，給定其內(nèi)表面受軸向擠壓位移0.1mm，減速器內(nèi)溫度為100℃，端蓋外溫（室溫）為20℃。3．軸承端蓋熱—結(jié)構(gòu)耦合場(chǎng)分析ansys程序開(kāi)發(fā)3.1軸承端蓋溫度分布云圖首先將數(shù)據(jù)庫(kù)清空，更改工作文件名為thermal-struct,分析標(biāo)題為thermalstressanalysisofastructure7/7,定義單元類(lèi)型，材料屬性，建

6、立幾何模型，劃分網(wǎng)格（如圖3）圖3軸承端蓋網(wǎng)格劃分設(shè)置求解類(lèi)型為steady-state,施加溫度載荷并求解，得到軸承端蓋節(jié)點(diǎn)溫度分布云圖（如圖4）圖4軸承端蓋溫度分布云圖3.2軸承端蓋熱—結(jié)構(gòu)耦合ansys分析轉(zhuǎn)換模型的單元類(lèi)型為thermaltostruc,定義材料機(jī)械屬性為EX=200e9,PRXY=0.3,ALPX=0.65e-5,施加端蓋內(nèi)表面軸向變形0.1mm,設(shè)置參考溫度為20，讀取文件thermal-struct.rth中節(jié)點(diǎn)溫度的數(shù)據(jù)，保存并求解。得到軸承端蓋軸向變形云圖（圖5）、軸承端蓋軸向應(yīng)力云圖（圖6）。7/

7、7圖5軸承端蓋軸向變形云圖圖6軸承端蓋軸向應(yīng)力云圖至此，有限元分析程序開(kāi)發(fā)完畢，保存數(shù)據(jù)，退出ansys。4.結(jié)論通過(guò)此次分析我們得到了軸承端蓋的溫度分布云圖，可以看出，越靠近端蓋中心處，溫度變化越快，越靈敏，所以我們可以考慮將溫度傳感器安裝在軸承端蓋中部，同時(shí)，進(jìn)行進(jìn)一步熱傳遞關(guān)系的研究，就可有效的預(yù)測(cè)出減速箱內(nèi)的溫度。根據(jù)這一規(guī)律，我們也可以對(duì)軸承端蓋進(jìn)行有利于散熱的結(jié)構(gòu)改進(jìn)。同時(shí)，我們得到了軸承端蓋軸向變形云圖和軸承端蓋軸向應(yīng)力云圖，可以看出，在端蓋有轉(zhuǎn)角的地方變形大，我們可以依此對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)上的強(qiáng)化。7/7參考文獻(xiàn)[1]李紅

8、云,趙社戌,孫雁編著.ANSYS10.0基礎(chǔ)及工程應(yīng)用.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.6[2]王春燕,張文芳,葛家山,徐小龍.?基于ANSYS的減速器箱體結(jié)構(gòu)優(yōu)化[J].機(jī)械工程師,2013,(8).[3]姚海明,王會(huì)剛,劉偉,張偉