大功率矿用减速器箱体优化设计_图文

1、 OpenGL对减速器箱体设计进行可视化编程,实现了减速器箱体的参数化三维建模和基本的动画显示。对箱体的振动方面进行的研究。按箱体工作振型频率响应函数的分析方法,找出了对噪声贡献最具有代表性的测点,为通过测试振动信号实现声压级的测量奠定了基础。减速器箱体的研究趋势为:对箱体进行多目标结构优化设计和参数灵敏度分析。对减速器箱体进行声学分析、疲劳分析、热分析和多场耦合分析。从产品设计的全局来看,结构的分析和优化设计只是其中的一部分。将方案设计、图形显示和输出功能与结构的分析、优化融为一体,则可大大缩短从CAD到CAM的周期。综合运用模糊数学、人工智能、专家系统、决策技术、计算机辅助设计等理论和方法

2、,并与优化设计理论和方法相结合,使整个工程设计逐步向自动化、集成化、智能化方向发展,这在国内外正成为一个活跃的研究领域。1.4本文研究对象及意义1.4.1本文研究对象本文研究对象是1000KW矿用减速器箱体,如图1-I所示。此减速器是第一级为一对弧齿锥齿轮传动,第二级传动是一对斜齿圆柱齿轮传动的二级减速器。其主要参数如表卜1所示。 酗卜I张家口1000KW艰减速器箱体表卜1减速器主要参数 图3屯图3-3蜘一山for w阿蕊F一团hter试m for Y111480.0000l I曼吐仃n坩-“for v2i2lo.I b臼图34 图3-5上箱体模型图3-6上、下箱体模型 幽37改变输入参数后上

3、箱体模剩 辽r门犁技术人学硕十学位论文第28页4矿用减速器箱体的有限元分析本章通过Pro/ENGINEER与有限元分析软件ANSYS的接口,将三维绘图软件Pro/ENGINEER建立的减速器箱体三维实体模型导入到ANSYS 中对其进行有限元应力分析。4.1箱体有限元模型的建立4.1.1箱体三维实体模型的建立由于矿用减速器箱体的形状复杂,所以利用Pro/ENGINEER强大的绘图功能,建立箱体了三维实体模型如图41所示。 幽41Pro/ENGINEER中的上箱体的实体模型4.1.2舢临YS与Pro/ENGINEER的数据转换ANSYS和Pro/ENGINEER的数据转换有很多种方法,常使用的两种

4、方法:(1IGES是一种普遍接受的文件格式,ANSYS和Pro/ENGINEER可以通过IGES来实现数据转换。(2利用ANSYS中内置的与Pro/ENGINEER的接口。模型由Pro/ENGINEER 导入到ANSYS的过程中,注意以下几点:(1因为上、下箱体由23个直径为30mm的螺栓连接,故可以忽略上、下箱体之自j的滑动。所以可以把上下箱体看成一个整体模型。(2忽略螺纹、圆角。因为将模型在从Pro/E导入ANSYS过程中,有辽宁j1:程技术大学硕士学位论文第29页圆角的地方会产生模型的实体缺失,故螺纹可以用修饰螺纹来代替,圆角可以用其他的命令如拉伸、旋转、扫描等来代替。(3简化对于分析影

5、响较小的一些结构,如箱体的吊耳、标牌、用于冷却的油槽孔等。由于上、下箱体是对称的,所以利用Main Menu>Preprocessor>Modeling>ReflectVolumes命令,实现整个箱体模型。箱体模型在ANSYS中如图42所示。N mi埘ni2022:03:3, 4.13单元的选择圈4_2ANSYS中的整个箱体的模型ANSYS单元库有近200多种单元类型。每种单元类型由名称和代号组成,具有特定的单元性能。这些单元按照结构可分为梁单元、实体单元、壳单元、管道单元等等。在实际工程问题中,有些结构形体复杂,必须按照空间问题求解。在空间问题中对计算对象形状适应较好的是常

6、应变4结点四面体单元。图43所示为四面体单元,以四个角点天J、l、m 为节点,每个节点有3个自由度,一个单元有12个自由度。单元自由度的矩阵表示是:M“=”=删-IN,玑hr.珥.(4-1【J其中,是三阶刚度矩阵。屯“r 晰吩嘶%吁为懈叶歹移w 舱H 肺书单” 辽宁L:稃技术大学硕+学位论文第31页4.1.S网格划分根据减速嚣箱体结构及其性能要求,在Meshtool对话框中选择6级精度对模型进行自由网格划分,在箱体的每个轴承座处选择细化,分别得到308,802个节点和183,754个单元,划分结果较理想,如图44所示。 幽44箱体的有限元模刑4.2载荷与约束的处理4.2.1载荷的处理减速器所受

7、的载荷主要是通过轴承作用于箱体。轴承上的载荷分布,在中心轴向力的作用下,可认为载荷由各滚动体平均分担;在径向力作用下的滚动轴承受力情况如图4-4所示。轴承座处的集中力按余弦函数分布处理,如图4-5所示。径向载荷通过轴颈作用于内圈,位于上半圈的滚动体不会受力,面下半圈的滚动体将此载荷传递至外圈上。轴承座处的集中力按式(4-5分布:们=嚣酬扣(州姚600.(4-5其中,p一轴承座所受的力R轴承座的半径 辽。jJ:程技术人学硕十学位论文第36页在不同的轴承座取不同的值,自变量选择Y专File专Save(给函数取名为PcOS.fune_OK。Parameters寸FunctionsRead From

8、File(选取函数PCOS.func-Table parameters nameoSolution-Define Loads-Apply-*Structural专Pressure斗on Areas(选择FY,施加径向压力,Apply as Existing Table-'oK(选取PCOS一OK 根据箱体的安装形式,箱体与电机相连的输入部分、与行星架相连的输出部分为全约束。施加完载荷和约束进行求解,求解完成后,在通用后处理器(POSTl里查看结果。4.3结果分析ANSYS向用户提供了两种后处理工具查看计算结果:通用后处理器POSTl和时间历程后处理器POST26。通用后处理器用来查看模

9、型在某一特定时刻(或某一载荷步、频率的结果。时间历程后处理器则是用来查看模型的指定点的特定结果相对于时间、频率或其它结果项的变化,后处理器POST26一般只能用于处理瞬态和动力分析结果。显然,本文的结果分析只在通用后处理器中进行。显示应力等值线路径:Main Menu>General Postprocessor>Plot Results>Contour Plot对于工况I,箱体的应力变形云图,如图4-6、4-7所示。工况籀体的应力变形云图,如图48、4-9所示。 幽4-6.I:况I上箱体X方向的虑力分布云豳辽宁工程技术大学硕士学位论文第37页 图47.T况I下箱体Y方向应力分

10、布云图图8J二况上箱体Y方向应力分布云图图4-9.I:况。卜箱体x方向应力分布云图 图410I:况上箱体主应力分布云图图41l r:况II下箱体主戍力分布云图 幽412I:况上箱体总变形分布云幽从图46、47、48、49可以看出上、下箱体的受力比较均匀,都没有出现应力集中的现象。由图46得出上箱体在x方向所受的最大应力为10.707gPa,第一、二、三、四、六轴承座受力最大为6.767肋口a。由图4-7得出下箱体在Y方向所受的最大应力为23.375MPa,出现在第三轴承座,其余轴承座受力最大为15.482MPa。 辽宁工程技术大学硕士学位论文第45页add、subtract、intersect、divide、gltle以及overlap。参数化的模型如图5-5所示。 图55ANSYS中参数化的模型定义单元类型、定义材料属性、进行网格划分、施加载荷,进行求解与有限元分析部分的步骤相同,这里不再重复叙述。5.3.4箱体优化设计参数的定义与提取箱体优化设计参数的定义与提取由APDL来完成的,APDL程序为: /POSTlAVPRIN,0,ETABLE,ev,VOLU,!定义体积!乖SSUM l体积求和!