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类型ansys_齿轮模态分析.doc

  • 上传人:HR专家
  • 文档编号:7027721
  • 上传时间:2019-05-02
  • 格式:DOC
  • 页数:6
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    ansys_齿轮模态分析.doc
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    1、1基于 ANSYS 的齿轮模态分析齿轮传动是机械传动中最重要的传动部件,被广泛的应用在各个生产领域中,经常用在重要的场合;传动齿轮在工作过程中受到周期性载荷力的作用,有可能在标定转速内发生强烈的共振,动应力急剧增加,致使齿轮过早出现扭转疲劳和弯曲疲劳。静力学计算不能完全满足设计要求,因此有必要对齿轮进行模态分析,研究其振动特性,得到固有频率和主振型(自由振动特性)。同时,模态分析也是其它动力学分析如谐响应分析、瞬态动力学分析和谱分析的基础。本文运用 UG 对齿轮建模并用有限元软件 ANSYS 对齿轮进行模态分析,为齿轮动态设计提供了有效的方法。1.模态分析简介由弹性力学有限元法,可得齿轮系统的

    2、运动微分方程为:(1)()MXCKXFt式中, , , 分别为齿轮质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵;分别为齿轮振动加速度向量、速度向量和位移向量, 、 、 分别为齿轮X振动加速度向量、速度向量和位移向量, ; 为齿轮12,Tnx ()Ft所受外界激振力向量, 。若无外力作用,即 ,12(),TnFtff 0则得到系统的自由振动方程。在求齿轮自由振动的频率和振型即求齿轮的固有频率和固有振型时,阻尼对它们影响不大,因此,可以作为无阻尼自由振动问题来处理 2。无阻尼项自由振动的运动方程为:(2)0MXK如果令 sin()t则有 2代入运动方程,可得 (3)0iiM式中 为第 I 阶模态的固有频率, 为第

    3、 I 阶振型, 。ii 1,2n2.齿轮建模在 ANSYS 中直接建模有一定的难度,考虑到其与多数绘图软件具有良好的数据接口,可以方便的转化,而 UG 软件以其参数化、全相关的特点在零件造型方面表现突出,可以通过参数控制模型尺寸的变化,因此本文采用通过 UG 软件对齿轮进行参数化建模,保存为 IGES 格式,然后将模型导入到 ANSYS 软件中的方法。设有模数 m=2.5mm,齿数 z=20,压力角 =20,齿宽 b=14mm,孔径为20mm 的标准齿轮模型。如图 12图 1 齿轮实体模型3.齿轮模态有限元分析3.1 导入齿轮模型启动 ANSYS,单击菜单 Utility MenuFILEIM

    4、PORTIGES。然后把路径指向之前保留的 IGES 文件。单击OK按钮提取模型。再选择UtilityMenuPlotCtrlsStyleSolid Model Facets,在弹出窗口中的Style of area and volumeplots 选项中选择 Normal Faceting,以实体形式显示模型。图 2 模型导入33.2 定义单元类型在这里采用自由网格划分方式,单元类型选择带中间节点的四面体单元Solid95,它具有 20 个节点,对复杂形状具有较好的适应性。图 3 单元选取3.3 定义材料属性进行模态分析需要输入杨氏模量、泊松比和材料密度等参数。杨氏模量:EX=2.1e11,

    5、泊松比 PRXY=0.3 材料密度:DENS=7.8e3。4图 4 属性定义3.4 划分网格由于计算齿轮处于自由状态时的模态值,所以对齿轮不施加外载荷。选择ANSYS 中的模态分析模块,运行有限元程序。划分好的有限元模型如图 5 所示。图 5 ANSYS 网格划分3.5 加载求解5当轮缘的边界范围达到一定大小时,邻齿及轮体对单个轮齿振动模态的影响可忽略不计。因此,可以将轮缘的边界当作全约束处理。3.6 列出固有频率单击菜单 Main MenuGeneral PostProcResults Summary,弹出的窗口显示轮齿的固有频率。图 6 齿轮固有频率3.7 查看特征振型单击菜单 M a i

    6、 n MenuGeneral PostProcPlot ResultsContour PlotNodal Solu 命令出现 Contour Nodal Solution Data 对话框,在 Item to be contoured 列表框中选择 Nodal SolutionDOF solutiondisplacement vector sum,单击 OK 按钮,即可显示相对位移等值线,如图 7 所示。6图 7 求解结果4.结论对于直齿圆柱齿轮,利用 UG 建模导入到 ANSYS 得到的模型,根据齿轮的结构特点选择单元类型为 Solid95,得到其有限元模型,利用该方法模型没有发生扭曲、丢面、多面等现象,确保了模型信息的完整性。分析结果表明能够满足生产应用。

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