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1、某二级减速器箱体设计及模态数值分析摘要本文联合利用UG软件和Ansys Workbench软件对二级减速器箱体进行模态分析。首先通过查二级减速器课程设计的相关书籍进行二级减速器的使用要求分析，其次进行了二级减速器力学分析和传动比分配，然后按照参数在UG中进行某型二级减速器箱体三维模型的参数化设计，并将设计好的模型导入Ansys Workbench软件中进行自由模态和约束模态的分析，得出了二级减速器箱体前十阶的模态频率和阵型，了解了二级减速器箱体的阵型位移最大的区域和阵型特点。本设计将箱体的设计，建模和分析结合的一项综合性研究，对同类产品的固有特性分析和设计具有指导性意义，为二级减速器箱体振动、
2、噪声特性分析及噪声控制提供了可靠的依据。关键词：二级减速器箱体，模态分析，数值模态，Ansys Workbench AbstractIn this paper, combined use of UG software and Ansys Workbench software modal analysis was carried out on the secondary gear reducer box. Check first through the curriculum design of the secondary reducer related books for secondary r
3、educer use requirement analysis, the second secondary reducer mechanics analysis and the distribution of transmission ratio, and then according to the parameters for a certain type of secondary reducer box in the UG 3 d parametric design of the model, and to design good model import in Ansys Workben
4、ch software free modal and constraint modal analysis, obtained the secondary gear reducer box first ten order modal frequency and formations, understand the largest displacement of the secondary gear reducer box formation and formation characteristics.In addition this paper is the design of the box
5、body, modeling and analysis in combination with a comprehensive study, the analysis on the intrinsic characteristics of similar products and the design of instructional significance, for the secondary gear reducer box body vibration and noise characteristics analysis and noise control provides a rel
6、iable basis.Keywords: secondary reducer box body, the modal analysis, the numerical modal, Ansys Workbench目 录第一章 绪论11.1 引言11.2 课题研究背景与意义11.3 本课题的国内外研究现状2第二章 二级减速器基本参数的确定42.1二级减速器使用要求分析42.1.1 带式输送机的二减速器设计题目42.2 计算传动装置总传动比和分配各级传动比62.2.1 传动装置总传动比62.2.2 分配各级传动比62.3 计算传动装置的运动和动力参数72.3.1 各轴转速72.3.2 各轴输入功率
7、72.3.3 各轴转矩82.4 V带传动设计计算92.4.1 确定V带的基本参数92.5齿轮参数112.5.1高速轴齿轮参数112.5.2 低速轴齿轮参数112.6轴的结构设计及受力分析122.6.1高速轴的结构设计及力学分析122.6.2中速轴的结构设计及力学分析122.6.3低速轴的结构设计及受力分析132.7减速器箱体的结构设计14第三章 基于UG软件箱体的建模163.1 UG软件的介绍163.2 二级减速器箱体的建模163.2.2 二级减速器上箱体的建模193.2.3装配19第四章 基于ANSYS Workbench软件的箱体模态数值分析214.1 ANSYS Workbench软件的
8、概述214.2进行模态分析的意义214.3 有限元模型的建立214.3.1创建分析项目214.3.2添加分析模型及指定模型材料234.3.3 划分网格234.4下箱体的模态分析244.4.1 下箱体的自由模态分析244.4.2 下箱体的约束模态分析264.5 对整个箱体进行模态分析284.5.1 对整个箱体进行自由模态的分析284.5.2对整个箱体进行约束模态的分析31第五章 总结33参考文献34致谢35IV 第一章 绪论1.1 引言二级减速器是由封闭在刚体内的齿轮传动、蜗杆传动或齿轮-蜗杆所组成的独立部件，常在动力机和工作机之间能减速的且有两级传动级数的一种装置。减速器是一个具有多个自由度的
9、振动系统，齿轮在啮合过程中会产生冲击，冲击力可以通过轴和轴承最终传递到二级减速器箱体上而引起箱体的剧烈振动。当齿轮的啮合频率和二级减速器箱体的固有频率相匹配或接近，就会出现共振效应。若出现了共振效应，这不但二级减速器的齿轮的对中性会受到影响，而且导致二级减速器的疲劳失效加快。这样的话对二级减速器箱体（以下简称箱体）的安全性与可靠性提出更高的要求。本文通过利用UG软件建立箱体三维模型，用Ansys workbench软件对自由状态和施加约束状态下的箱体进行模态分析，得出前十阶的固有频率和阵型，分析结果将为箱体的加固优化和噪声特性和控制提供有力的可参考指标。本文将用带式运输机二级减速器来举例分析。
10、1.2 课题研究背景与意义自21世纪以来，伴着经济的快速发展，和人们经济观念的不断转变，开始渐渐形成了一个统一的世界市场。世界的循环经济的步伐的不断加快，世界市场之间的竞争越来越大。伴随着社会的不断进步，人们对产品的要求也越来越高，其重要的表现就是产品的使用寿命变短，产品更新换代太快，可定制性不够。与此同时，企业要想在这样的市场环境下，有自己的竞争优势，就需要不断更新自己的产品系列，减短生产周期，降低生产所需成本，为顾客提供可靠性产品。而二级减速器作为机械设备传动系统中应用极为广泛的产品，对其箱体进行模态数值分析是十分有意义的，主要体现在以下几个方面：第一，在减速箱设计研究过程中，使用有限元的
11、分析方法对其自身特点进行了广泛的应用，主要包括减速箱动力静力结构分析，以了解箱体的减速动力学特性，从而可以通过优化结构方案设计，减短产品的研发时间，加快产品的更新，从另外一方面讲还可以节省人力物力开支，以适应现在的社会经济大潮流。第二，二级减速器本身就有诸多问题。减速器本身就是个可以分为好多个自由度的振动装置，二级减速器两对齿轮在进行啮合运动的过程中会产生冲击力，最后找哥哥所谓的冲击力又可以通过轴和轴承传递给箱体，转变为箱体的的振动。而当齿轮的啮合频率和二级减速器箱体的固有频率相匹配或接近，就会出现共振效应。若出现了共振效应，这不但二级减速器的齿轮的对中性会受到影响，而且导致二级减速器的疲劳失
12、效加快。这样的话对二级减速器箱体的安全性与可靠性提出了更高的要求。第三，鉴于二级减速器箱体结构本身具有复杂性，因此箱体的研发就需要大量的人力物力，现在传统的设计方案基本都是建立在公式和经验的基础上，如果一味的按照传统的那种设计模式，不采用有限元分析，就很难得到一些可靠的指标，这样就可能会导致材料的浪费，箱体重量过重，从而让产品失去竞争优势，进而渐渐失去产品的市场占有率，这样的话就非常不利于企业的发展了。最后，二级减速器箱体模态数值分析可以综合应用大学所学知识解决工程问题，锻炼我们的综合应用知识能力。这也是对我的一个考验和尝试。本次课题是利用UG三维设计模型软件和ANSYS Workbench软
13、件对减速器进行参数模型构建和模态分析，分别对减速器箱体进行自由模态和在有约束力的条件下的约束模态，从而得到多阶模态的固有频率和振型并分析得出结论。1.3 本课题的国内外研究现状2006年，张文斌对雷达天线座方位座减速箱进行了有限元模态分析和动态分析，获得了该箱体的固有频率和固有阵型和硬力响应曲线以及应力场，所得的数据该类箱体改进提供有力的参考。2009年，秦大同市扭转振动模型齿轮传动系统与风电齿轮箱为研究对象，利用谐波平衡法计算目标函数的解析表达式，得出了行星齿轮反向总重量最小目标振幅的振动加速度和最小传动系统优化设计的数学模型和优化算法，动态优化传动系统设计的性能有明显的改善，2010年，彭
14、俊惆对夯土机箱体进行了静力分析、模态分析、瞬态分析和疲劳分析，提高了夯土机的设计效率和设计水平。2013年，陈珊珊和陈亮亮对齿轮箱体进行了模态分析，为优化设计齿轮结构提供有力的依据。目前，减速箱的模态分析主要有以下几个方面：1.运用现代设计方法对箱体进行优化设计，建立模型施加约束求解结果及对结果进行分析3。2.对箱加热进行研究。即通过对不同温况下，尺寸不同的减速箱的相应数据进行采集，从而可以确定模态数值分析与温况的某种关系，进行实现改变箱体参数可以提高箱体的加热的性能。3. 分析箱体的结构力学问题。2 第二章 二级减速器基本参数的确定2.1二级减速器使用要求分析2.1.1 带式输送机的二减速器
15、设计题目图 2.1该皮带运输机机连续工作，单向运转，载荷平稳，空载启动，使用年限10年，两班倒工作，输送带速度容许误差为，小批量生产。原始数据如下表2-1-1。表2.1 带式运输机原始数据表带式运输机卷筒直径（mm）输送带有效拉力（N）运输带带速（m/s)55025001.31.电动机的选型(1)电动机所需工作效率：(2) 传动装置的总效率式中,为V带的传动效率，为滚动轴承的传动效率，为齿轮传动的效率，为联轴器的传动效率，为卷筒滑动轴承的传动效率，表2-411查得：V带传动，滚动轴承，圆柱齿轮传动，联轴器；卷筒轴滑动轴承，则(3)电动机额定功率由附表6-211选取电动机额定功率。(4)该电动机的转速卷筒轴工作转速：由表12-811查得V带传动常用传动比范围：由表2-211查得该两级圆柱齿轮减速器传动比范围为系统总传动比合理的范围为则可得该电动机的转速可选范围为由此可得电动机型号为Y132m2-6，Y132s-4，Y132s1-2三种电动机都符合要求。在这里先选同步转速为1000r/min和1500r/min的这两种电动机
