石国新，吴波，丁毓峰（武汉理工大学机电工程学院武汉430070）1前言减速器是一种用途十分广泛且比较典型的机械装置。减速器的设计历来是机械设计中经典的项目之一。而减速器中设计难度最大的部件当属减速器的齿轮轴。齿轮轴是支撑轴上零件、传递运动和动力的关键部件，它的3虽度对减速器寿命影响很大因此如何开发出一种能够针对齿轮轴类零件有限元分析的信息化模块，节省分析前一系列工作所花费的时间提高分析效率是值得研究的问题。

　　本文的研究在于探讨利用ANSYS软件的二次开发功能以VC++作为程序开发平台运用APDL语言基于VC++和ANSYS的接口技术，开发出减速器齿轮轴的有限元分析应用程序，实现齿轮轴有限元分析的参数化建模与有限元分析的信息化，真正体现计算机辅助设计系统的特点从而提高产品设计效率和设计质量，也使设计人员从繁重的设计中解放出来。

　　2有限元分析流程在有限元分析过程中主要是应用三个基本模块预处理模块、分析计算求解模块和后处理模块。预处理模块提供一个强大的实体建模及网格划分工具，用户可方便地构造有限元模型实现参数定义、实体建模和网格划分三种功能。在分析计算求解模块中是通过定义分析的类型、分析的选项、载荷数据和载荷步选项等来对模型进行有限元的求解。对于后处理模块则主要是用来查看分建立齿轮轴的力学模型，是实现减速器齿轮轴有限元分析的关键之一。对于二级减速器的齿轮轴来说主要有输入轴、中间轴和输出轴3个，每个轴均有两个轴承支撑在箱体上其中1个轴承限制齿轮轴空间5自由度允许转动而另1个轴承则限制齿轮轴空间4个自由度，在允许转动的同时还允许轴向的游动。因此在建立齿轮轴的力学模型时齿轮轴简化成简支梁结构。对于输入轴而言轴一端外伸安装联轴器或带轮接受原动机输入的转矩另一端安装齿轮受到来自中间轴齿轮的轴向力和圆周力；对于中间轴来说，两轴承之间安装有两齿轮，分别受到来自输入轴和输出轴两齿轮传递来的轴向力和圆周力而对于输出轴J则是一端外伸通过联轴器，将动力输出另一端则是安装齿轮。下面我们根据实际情况以减速器的输入轴为例，介绍一下齿轮轴的受力情况。

　　假设齿轮轴的传递功率为P转速为n斜齿轮分度圆螺旋角为/3标准压力角为"小齿轮分度圆直径为d，则齿轮轴所受的转矩大小为T=9.55X106P/n对于直齿轮来说，齿轮轴受到齿轮传递来的各个力分别为：圆周力径向力：r=Fttanad对于斜齿轮来说，齿轮轴受到齿轮传递来的各个力分别为：圆周力向力f>Fttan！d径向力为法面压力角标准斜齿轮的大小及其方向，要根据齿轮轴的尺寸和齿轮施加给轴的各力的大小和方向来确定。根据以上的描述，最终简化的输入轴的力学模型如圄2所示。

　　4基于VC++的ANSYS的二次开发4.1ANSYS二次开发工具ANSYS本身提供的二次开发工具主要有以下几种：宏是具有某种特殊功能的命令组合实质上是参数化的用户小'程序，可以当作ANSYS的命令处理，可以有输入参数或没有参数宏程序文件也可以称为命令文件通过宏程序可以创建自己的命令从而方便ANSYS使用。

　　APDL是一种非常类似于FORTRAN77的参数化设计解释性语言，它是对ANSYS进行二次开发的基础。作为一种解释性语言，用户可以利用APDL的程序语言与宏技术组织管理ANSYS的有限元分析命令组织起来编写出参数化的用户程序，芫成一些通用性强的有限元分析任劳，便可以实现对模型有限元分析的全过程即建立参数化的分析模型、参数化的材料特性定义、参数化的网格划分与尺寸控制、参数化的加载和边界条件约束、参数化的分析类型控制和求解以及参数化的后处理等。

　　UIDL语言是ANSYS为用户提供专□进行编写或改造ANSYS圄形界面的专用设计语言，允许用户改变ANSYS的圄形用户界面（GUI的一些组项，帮助用户实现ANSYS圄形用户界面（GUI）的用户化以使用户开发的程序融入ANSYS环境中。

　　刘国庆杨庆东。ANSYS工程应用教程一机械篇北京：中国铁道出版社，003.濮良贵，纪名刚机械设计（第六版）。北京高等教肓出版李庆忠，于秀坤李景春，等。减速器传动齿轮轴的有限元分析。沈阳肮空工业学院学报，000杨军李峰基于APDL语言模块的结构优化设计。建筑技李新坡，袁文忠。ANSYS结构计算二次开发技术研究及应用（编辑启迪）企业信息化。

　　吴波（1962-）男教授主要从事先进机械设计技术、机械可靠性与维修性技术、企业信息化技术等研究。