ANSYS齿轮变速箱结构仿真解决方案

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1. 概述
齿轮变速箱作为重要传动装置，其机械性能不仅影响驾驶人员的工作环境，而且对整车的工作性能也有很大的影响。随着近代工业技术的快速发展，齿轮变速箱需求量不断扩大的同时，对齿轮变速箱的性能要求越来越高，并且朝着高速、高效和强力方向发展。传递的功率不断增大，齿轮转速不断加快，不仅使得变速箱的机械性能问题更加尖锐突出，同时也影响了整车的安全性和稳定性。
变速箱设计是一个复杂的过程，针对具体情况采取不同的解决方法。由于工作原理和结构的复杂性，变速箱在研发过程中涉及到强度、刚度、振动、热、疲劳等多方面的工程问题和物理问题。借助数字化建模及仿真技术，可以克服传统设计方法过于依赖经验和试验、成本高、周期长的不足，全面提升变速箱的研发设计水平。

2. 齿轮变速箱结构仿真典型应用
2.1 轴系转子动力学分析
应用Mechanical创建轴系转子模型，进行转子动力学的分析，研究转子-支承系统在旋转状态下的振动、平衡和稳定性的问题，尤其是研究接近或超过临界转速运转状态下转子的横向振动问题。

2.2 齿轮啮合过程强度分析
应用Mechanical创建齿轮系统有限元模型；自动创建接触连接；建立约束及载荷；进行静力接触分析，获得整体应力分布、局部应力分布及接触面应力、压力、接触状态等。

2.3 齿轮系统的模态及谐响应分析
应用Mechanical创建齿轮系统有限元模型；自动创建接触连接；建立约束及载荷；进行系统的模态分析，获得齿轮系统的固有频率与相应振型，并进一下进行谐响应分析，研究齿轮系统的动力特性。

2.4 车辆变速箱热平衡仿真分析
以某车辆传动变速箱第6挡为例，对其内部温度分布进行了分析，以揭示变速箱内热生成和热平衡规律。并与试验进行了对比，误差在10%以内。变速箱横截面上的温度分布如下：

2.5 齿轮热-结构耦合分析
应用Mechanical进行齿轮系统的瞬态热分析，得到热分析结果，将热分析结果作为输入载荷，进行齿轮系统的应力分析，得到热载荷下的结构应力与应变结果。

2.6 齿轮传动系统刚体动力学仿真
利用Mechanical中的RBD模块进行齿轮系统的刚体动力学分析，分析运动过程中各连接部件的受力变化过程。

2.7 齿轮箱行星架疲劳寿命
利用Mechanical中的Fatigue Module模块或ANSYS nCode DesignLife模块对齿轮箱行星架进行疲劳分析，输入载荷谱，计算得到结构的疲劳寿命与运行安全系数等结果。