石國新，吳波，丁毓峰（武漢理工大學機電工程學院武漢430070）1前言減速器是一種用途十分廣泛且比較典型的機械裝置。減速器的設(shè)計歷來是機械設(shè)計中經(jīng)典的項目之一。而減速器中設(shè)計難度最大的部件當屬減速器的齒輪軸。齒輪軸是支撐軸上零件、傳遞運動和動力的關(guān)鍵部件，它的3雖度對減速器壽命影響很大因此如何開發(fā)出一種能夠針對齒輪軸類零件有限元分析的信息化模塊，節(jié)省分析前一系列工作所花費的時間提高分析效率是值得研究的問題。
本文的研究在于探討利用ANSYS軟件的二次開發(fā)功能以VC++作為程序開發(fā)平臺運用APDL語言基于VC++和ANSYS的接口技術(shù)，開發(fā)出減速器齒輪軸的有限元分析應用程序，實現(xiàn)齒輪軸有限元分析的參數(shù)化建模與有限元分析的信息化，真正體現(xiàn)計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)的特點從而提高產(chǎn)品設(shè)計效率和設(shè)計質(zhì)量，也使設(shè)計人員從繁重的設(shè)計中解放出來。
2有限元分析流程在有限元分析過程中主要是應用三個基本模塊預處理模塊、分析計算求解模塊和后處理模塊。預處理模塊提供一個強大的實體建模及網(wǎng)格劃分工具，用戶可方便地構(gòu)造有限元模型實現(xiàn)參數(shù)定義、實體建模和網(wǎng)格劃分三種功能。在分析計算求解模塊中是通過定義分析的類型、分析的選項、載荷數(shù)據(jù)和載荷步選項等來對模型進行有限元的求解。對于后處理模塊則主要是用來查看分建立齒輪軸的力學模型，是實現(xiàn)減速器齒輪軸有限元分析的關(guān)鍵之一。對于二級減速器的齒輪軸來說主要有輸入軸、中間軸和輸出軸3個，每個軸均有兩個軸承支撐在箱體上其中1個軸承限制齒輪軸空間5自由度允許轉(zhuǎn)動而另1個軸承則限制齒輪軸空間4個自由度，在允許轉(zhuǎn)動的同時還允許軸向的游動。因此在建立齒輪軸的力學模型時齒輪軸簡化成簡支梁結(jié)構(gòu)。對于輸入軸而言軸一端外伸安裝聯(lián)軸器或帶輪接受原動機輸入的轉(zhuǎn)矩另一端安裝齒輪受到來自中間軸齒輪的軸向力和圓周力；對于中間軸來說，兩軸承之間安裝有兩齒輪，分別受到來自輸入軸和輸出軸兩齒輪傳遞來的軸向力和圓周力而對于輸出軸J則是一端外伸通過聯(lián)軸器，將動力輸出另一端則是安裝齒輪。下面我們根據(jù)實際情況以減速器的輸入軸為例，介紹一下齒輪軸的受力情況。
假設(shè)齒輪軸的傳遞功率為P轉(zhuǎn)速為n斜齒輪分度圓螺旋角為/3標準壓力角為"小齒輪分度圓直徑為d，則齒輪軸所受的轉(zhuǎn)矩大小為T=9.55X106P/n對于直齒輪來說，齒輪軸受到齒輪傳遞來的各個力分別為：圓周力徑向力：r=Fttanad對于斜齒輪來說，齒輪軸受到齒輪傳遞來的各個力分別為：圓周力向力f>Fttan！d徑向力為法面壓力角標準斜齒輪的大小及其方向，要根據(jù)齒輪軸的尺寸和齒輪施加給軸的各力的大小和方向來確定。根據(jù)以上的描述，最終簡化的輸入軸的力學模型如圄2所示。
4基于VC++的ANSYS的二次開發(fā)4.1ANSYS二次開發(fā)工具ANSYS本身提供的二次開發(fā)工具主要有以下幾種：宏是具有某種特殊功能的命令組合實質(zhì)上是參數(shù)化的用戶小'程序，可以當作ANSYS的命令處理，可以有輸入?yún)?shù)或沒有參數(shù)宏程序文件也可以稱為命令文件通過宏程序可以創(chuàng)建自己的命令從而方便ANSYS使用。
APDL是一種非常類似于FORTRAN77的參數(shù)化設(shè)計解釋性語言，它是對ANSYS進行二次開發(fā)的基礎(chǔ)。作為一種解釋性語言，用戶可以利用APDL的程序語言與宏技術(shù)組織管理ANSYS的有限元分析命令組織起來編寫出參數(shù)化的用戶程序，芫成一些通用性強的有限元分析任勞，便可以實現(xiàn)對模型有限元分析的全過程即建立參數(shù)化的分析模型、參數(shù)化的材料特性定義、參數(shù)化的網(wǎng)格劃分與尺寸控制、參數(shù)化的加載和邊界條件約束、參數(shù)化的分析類型控制和求解以及參數(shù)化的后處理等。
UIDL語言是ANSYS為用戶提供?！踹M行編寫或改造ANSYS圄形界面的專用設(shè)計語言，允許用戶改變ANSYS的圄形用戶界面（GUI的一些組項，幫助用戶實現(xiàn)ANSYS圄形用戶界面（GUI）的用戶化以使用戶開發(fā)的程序融入ANSYS環(huán)境中。
劉國慶楊慶東。ANSYS工程應用教程一機械篇北京：中國鐵道出版社，003.濮良貴，紀名剛機械設(shè)計（第六版）。北京高等教肓出版李慶忠，于秀坤李景春，等。減速器傳動齒輪軸的有限元分析。沈陽骯空工業(yè)學院學報，000楊軍李峰基于APDL語言模塊的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計。建筑技李新坡，袁文忠。ANSYS結(jié)構(gòu)計算二次開發(fā)技術(shù)研究及應用（編輯啟迪）企業(yè)信息化。
吳波（1962-）男教授主要從事先進機械設(shè)計技術(shù)、機械可靠性與維修性技術(shù)、企業(yè)信息化技術(shù)等研究。