齒輪箱是用來傳遞動力的重要機械部件。它常常被用於汽車、航空航天、海事、建築和農業工業等。軸承、旋轉齒輪和傳動軸可通過不同的組合方式，實現一組較為複雜的動態系統。較好的齒輪箱平衡度，使變速箱具有更長的耐久性和更少的噪音。
模型簡介
本文通過仿真的手段，驗證齒輪箱在軸平衡、不平衡、非直軸工況下振動性能，並繪製傅里葉變換（FFT）曲線，進而理解齒輪箱的振動性能；同時，輸出不同工況下齒輪箱在傳動軸上的應力結果。
齒輪系統通過MotionView 建模，用MotionSolve 求解。
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三種工況建模
平衡軸建模
Step 1：CAD模型導入
齒輪系模型
Step 2：增加鉸鍊和襯套，作為齒輪系的連接
MotionView中加入鉸接關係
Step 3：增加運動副，在輸入軸上增加驅動（rad/s）
增加軸上的驅動
Step 4：增加柔性體，將第二軸用柔性體代替
柔性體建模結果
Step 5：增加3D接觸，保證各個齒輪的接觸
Step 6: 保存模型Gearbox_1.mdl
非平衡軸建模
Step 1: 在第二個齒輪上加入一個連接點
Step 2: 將以上點放置在距離中心點30mm位置，使第二軸具有60%的不平衡度
不平衡中心點
Step 3: 保存模型，
Gearbox_2_unbalanced.mdl
增加軸上的驅動
非直軸建模
Step 1: 沿著X軸將輸入軸轉3度，通過數據後台變化點的位置
修改點的信息
Step 2: 將輸入軸和換向軸放到YZ平面內
非直軸的模型
Step 3 保存模型，
Gearbox_3_misaligned.mdl
輸入條件及其結果分析
輸入轉速條件為1800 RPM,將不同的齒輪編號處理
輸入軸轉速輸入
公式換算
模態分析
輸入軸1800 RPM (30 Hz) 下各齒輪模態
平衡軸工況
應力結果
應力結果
振動特性曲線
振動特性曲線
平衡軸動畫
平衡軸動畫
不平衡質量工況結果
應力結果
應力結果
振動特性曲線
振動特性曲線
非平衡質量動畫
非平衡質量動畫
非直軸工況
應力結果
應力結果
非直軸動畫
非直軸動畫
振動特性曲線
振動特性曲線
三工況力及其FFT對比，如下方圖1、圖2所示
圖1 三工況FFT對比曲線
圖2 三工況FFT對比曲線
總結
本文對齒輪系進行多體動力學仿真分析，輸出其應力、位移、力並對其振動特性進行分析。結果顯示，不平衡質量點作用下的工況最為惡劣；其次是非直軸工況；所以在實際裝配中和製造過程中盡量保證齒輪系的平衡度，減少振動對工件的損壞。
模型下載
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本期模型編號及名稱：
101_齒輪平衡研究案例_模型/
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