基于ansys的Y56型低速さ缁输出轴的动静态分析

摘 要：本文讲解了低速电机的结构及工作原理，通过谐波齿轮机构得到是电机得到减速，通过Pro/E建立输出轴的三维模型，导入分析软件ANSYS分析，获得静力和模态的分析结果，从分析数据可知，

关键词：低速电机 谐波齿轮 Pro/E ANSYS

引言

低速电机是一种基于系列电机和谐波齿轮传动技术的机电一体化产品，它突破了传统的电机加减速机的传动模式，能以低转速大转矩直接驱动要求低转速的机械，这种新型电机近年来在许多行业中获得了应用。该系列电机，克服了轧机地坑狭窄，设备维修不便的困难。

1.结构简介.

Y系列低速电机由高、低速两区组成。两区之间以内端盖和橡胶油封隔开。高速区采用的是Y系列电机技术与工艺，共五种磁极数。.2.谐波减速机构.

如图1所示。刚性内齿轮与电机壳体紧固联接；柔性齿轮的齿数比刚轮齿数少1齿或2齿；柔性轴承能产生弹性变形；凸轮外圆为椭圆形，内孔与转子轴紧配合。凸轮压入柔性轴承内圆后，两者组成波发生器。当转子连续旋转时，波发器就能迫使柔轮产生连续的弹性变形，并形成一对基本对称的谐波。

3.输出轴静力分析.

3.1低速轴的模型导入

本部分分析对象是低速电机输入端的低速轴，Pro/E实体模型導入ANSYS中。实验证明轴阶梯处倒角和圆角及螺纹孔对分析结果影响不太，但是ANSYS软件分析时却耗费大量时间，为减少计算量、缩短计算时间，忽略轴阶梯处倒角和倒角等。图2是简化后的Pro/E模型。.

3.2低速轴的网格划分

将整机经过适当的简化，导入分析软件ANSYS中，得到有限元模型。根据图纸，低速轴材料为45钢，采用的是密度为弹性模量为2GPa、屈服强度为600MPa，泊松比为0.3。运用ANSYS软件对移动桥进行建模分析。为了提高分析的精度，网格划分时采用二阶实体四面体单元，每个二阶实体四面体单元有10个节点（4个角点和6个中间点），并且每个节点有3个自由度，获得如图3所示的有限元模型。.

3.3低速轴的线性静力分析

针对低速轴的具体结构而言.两轴承端施加了全约束；载荷包括：①首先施加重力于整体：②该轴动力从左端花键槽输入，计算出输入转矩为1760N·mm。加载采用在花键槽面上各个节点加集中力；由于通过齿轮啮合把动力输出，因此在和平键连接的键槽面上和与齿轮连接的轴圆柱砸上各有一个均布力Pressure。从结果向量位移云图4可看出，轴的平键键槽表面部位所受到的应力强度比较大，在轴肩过渡处这样的尺寸变化较大的部位.也存在一定的应力集中现象。轴的向量位移在轴的左边变形最大，其中最大为这是因为轴的前端部分细长，而且所受扭矩自身重力较大。

4.模态分析.

机床结构是个连续体，质量和弹性都是连续分布的，所以应具有无穷多个自由度，也就是无穷多阶模态。但是该电机的最大转速是350r/min，因此作用在电机的激励力频率已远高于可能出现的激振力的频率，一般不可能发生共振，对于加工质量的影响不大，所以只需研究机床的低阶模态。对原机床整机的有限元模型进行模态分析，得系统前4阶固有频率和振型。其中能明显表现出机床动态特性的是第1、3阶振型，第1、3阶振型分别是主轴的上下摆动、左右摇晃和扭转振动。由整机模态、振型可见，对整机振型影响不是很明显，主轴箱的影响较大，移动的位移量为变形量较小，电机在静力和模态方面的影响结构设计完全满足要求。

5.结论.

本文主要工作的关键点如下：

1.讲解了低速电机的工作原理，利用谐波齿轮变速；

2.利用Pro/E软件建立Y56型电机输出轴CAD模型，为企业以后数字化生产做好良好的铺垫；

3.利用有限元软件ANSYS，分析得出静力变形及模态情况，分析得到数据为：静力的变形最大位移量为模态的前四阶模态，通过数据分析可知，该结构在静力及模态方面都能够满足要求，不影响电机性能；

参考文献：

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