基于有限元方法的直齿轮传动系统的模态仿真分析.pdf

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1、机械设计与制造第6期218MachineryDesign&Manufacture2013年6月基于有限元方法的直齿轮传动系统的模态仿真分析钟军，刘志峰，王雁，朱跃峰1,2(1．合肥工业大学机械与汽车工程学院，安徽合肥230009；2．开封大学机电工程学院，河南开封475004)摘要：齿轮传动系统是机械传动中应用最广泛的传动机构，其工作性能对整个设备都有着至关重要的影响。为了避免齿轮系统在啮合过程中的振动，对其进行了动态特性仿真分析。以某型机床的直齿轮系统为例，首先通过采用SolidWorks2008软件对该齿轮系统进行参数化设计并建立

2、其三维实体模型；然后将建立好的参数化模型导入到有限元分析软件ANSYS中，运用有限元分析软件ANSYS对其进行模态分析，并获得该齿轮系统的前6阶固有频率和振型。该模态仿真分析结果为齿轮系统的动态优化设计提供参考依据。关键词：齿轮系统；有限元方法；模态分析；仿真中图分类号：TH16；TP242文献标识码：A文章编号：1001—3997(2013)06—0218—03ModalSimulationAnalysisofSpurGearSystemBasedonFiniteElementMethodZHONGJun。，LIUZhi-feng，

3、WANGYan，ZHUYue-feng，(1．SchoolofMechanicalandAutomotiveEngineering，HefeiUniversityofTechnology，AnhuiHefei230009，China；2．MechanicalandElectricalEngineeringInstitute，KaifengUniversity，He’nanKaifeng475004，China)Abstract：Geartransmissions~temisusedmostextensivelyinmechanical

4、transmissionand拈workingpe(formancehasacrucialimpactonthewholeequipment．Inordertoavoidvibrationofgearsysteminengagementprocess，dynamicpe矿0r，n棚ceissimulatedandanalyzedbyusingfiniteelementmethod．Itfocusesonparameterizationdesigningandbuildingsolidmodelofthewheelgearbyusing

5、theSoJ~WaceSolidWorks2008basedonthestraightgearsystemof口certainmachinetoolfirstly．Then，theparameterizedmodelisleadedintothefiniteelementanalysissoftwareANSYS．TheprevioussixnaturJfrequencyandmodeofvibrationofthisgears~temCangetthroughmodelanalysiswhichadoptsthefiniteelem

6、entanalysisSoj#twareANSYS．Theresultsofmodelanalysisprovidereferencestodynamicoptimizationdesignofthegearsystem．KeyWords：GearSystem；FEM(FilliteElementMethod)：ModalAnalysis；Simulation1引言若假定为简谐运动，模态分析的方程转化为特征方程：([][M]){}_{0}(3)机床的齿轮系统在高速旋转啮合过程中，因齿与齿之间的连通过公式(3)可求出齿轮系统的各阶固有频

7、率和固有振型。续冲击，使齿轮系统易产生振动阳。通过对机床齿轮系统进行模态在不考虑齿轮的支承系统(轴承及箱体等)的弹性变形情况下，即分析，可以获得齿轮结构固有频率和振型，避开固有频率或最大限将支承系统看作是刚体，对齿轮系统进行模态分析。首先在度地减小对这些频率的激励，可以有效避免引起的振动。首先SolidWorks2008中采用Gear插件进行参数化设计，如图l所示，采用SolidWorks2008软件对机床齿轮系统进行参数设计并完成选择所需要的齿数、模数、齿厚及压力角等参数；在配置两个齿轮三维实体建模，然后将实体模型导入到有限元分析软

8、件ANSYS参数过程中，合理选择其相关参数，初始条件，如表1所示。系统中并进行模态分析，得到齿轮系统的低阶固有频率及其振型。将生成齿轮三维实体模型，如图2所示。2齿轮系统模态分析表1齿轮系统初始条件齿轮系统模态分析的结构