外文翻譯--基于ansys的金屬齒輪與塑料齒輪固有振動特性的對比分析-資料下載頁
2025-05-12 07:30本頁面
【導讀】Offbasis.post-processing.
【正文】 有頻率和激振力頻率非常接近的時候，即使是鉆塑性材料齒輪，也會產(chǎn)生共振和較大的噪聲 [[2} }3}4321437A。所以，在進行塑料齒輪設計時，對其進行振動特性的研究是很有必要的。我們利用 ANSYS軟件建立齒輪有限元模型，對其進行模態(tài)分析，得到塑料齒輪和合金鋼 齒輪的振型和固有頻率，為齒輪的結構設計和優(yōu)化提供依據(jù)。 1 齒輪模態(tài)分析 模態(tài)分析用于確定設計中的結構或機器部件的振動特性即固有頻率和振型。是承受動態(tài)承載荷結構設計中的重要參數(shù) [3]43214324。在有限元分析軟件ANSYS 中，模態(tài)分析是一個線性分析，可以對有預應力的結構和循環(huán)對稱結構進行模態(tài)分析，模態(tài)分析過程主要分為 4 個步驟 :建模、加載及求解、擴展模態(tài)和結果后處理。 ANSYS提供了 3種生成模型的方式 :直接生成法、用 ANSYS創(chuàng)建實體模型、輸人其它模型系統(tǒng)建立的模型。直接生成 法適合小型、簡單的模型，其它系統(tǒng)導人的模型如果不適于網(wǎng)格劃分，則需要大量的修補工作。由于齒輪模型相對來說比較復雜，適合采用實體建模法。由有限元理論可知，實體模型是無法直接用來進行有限元計算的，故需對它進行網(wǎng)格劃分以生成有限元模型，而網(wǎng)格劃分的好壞將直接影響有限元計算的結果的精度。 定義單元類型為 Structural solid, Brick 2(}node 95,輸人齒輪參數(shù)，創(chuàng)建關鍵點，連接關鍵點生成齒輪輪廓線，由輪廓線生成齒輪齒面，沿線段拖拉面生成體，顯示單個齒形幾何模 }39。J，對單個輪齒劃分網(wǎng)格。由于齒 輪是循環(huán)體結構，對單個輪齒進行周期擴展，生成塑料齒輪有限元模型如圖 1所示，有限元模型節(jié)點數(shù)為3f}tS8個。單元數(shù)為 1994個。 態(tài)分析過程 在 ANSYS的模態(tài)分析中，必須指定彈性模量 EX。 7種模態(tài)提取方法 :Block Ianczoe( 分塊 ,t. 索斯法 ),Subspace( 子空間法 )I39。owerDvnamics(動力源法 )、 Reduced(縮減法 )、 Un2symmetric(非對稱法 )、 Dam網(wǎng) (阻尼法 )、 QRDam網(wǎng) ( Qlt阻尼法 )。我們在本文中采用 Block lanczos 法提取模態(tài)。 圖 1齒輪有限元模型 齒輪模型建好后，對其進行模態(tài)分析，對齒輪進行模態(tài)分析的目的是求出齒輪各階固有頻率及其對應主振型，因此不需要對其加載，只需對進行自由度約束。約束條件 :齒輪的內(nèi)孔圓柱面被約束 :s:。設置模態(tài)提取方法為 Block Canczos 法，設置提取模態(tài)數(shù)為 5，由于想要得到單元求解結果，需要打開“ calculate elem resalts，指定模態(tài)提取的頻率范圍為 0一 100000，指定模態(tài)提取法后， ANSYS自動選擇合適的方程求解。 求解計算完成后，查看求解 結果。為了得到整個齒輪模型的模態(tài)分析結果，對模態(tài)進行擴展，進行擴展求解的優(yōu)點是，對于求得的每一階固有頻率。同時都求解 r 其對應的模態(tài)振型反映在該固有頻率時，齒輪各節(jié)點的相對位移情況和相對應力情況。設置模態(tài)擴展數(shù)為 5，擴展頻率范圍為 0 一 器計算，查看求解結果，包括固有頻率、已擴展的振型和相應的相對 )il 力分布r。 2 定義材料屬性 合金鋼材料具有高強度、高韌性、耐磨、耐腐蝕、耐低溫、耐高溫、無磁性等特殊性能。用來制作承受動載荷和重載荷的汽車變速箱齒輪和汽車后橋齒輪等常 用于傳動功率大、可靠性高的機械設備中 。 工程材料塑料的特點是 :①有自潤性，必要時可以無潤滑運轉 。②可以減少噪聲 。③重量輕 .具有優(yōu)秀的耐腐蝕性二相對于金屬齒輪，塑料齒輪具有質(zhì)量輕、工業(yè)噪聲小、耐磨損、無須潤滑、可以成型較復雜的形狀、大批量生產(chǎn)成本低等優(yōu)點二但由于塑料本身具有對工作環(huán)境要求高、對溫度較敏感等特性，相對金屬強度也較弱。因而，塑料齒輪同時具有精度低、壽命短、使用環(huán)境要求高等缺點 .本文列出兩種材料的機械性能參數(shù)和材料參數(shù)。 3 兩種材料模態(tài)分析結果與比較 定義材料 性能參數(shù)后，便對齒輪有限元模型進行模態(tài)分析，得前模態(tài)固有頻率進入 PaSI39。1后處理器，查看求解結果，由結果看出，塑料齒輪與合金鋼齒輪的模態(tài)振型相同，列出 齒輪模態(tài)振型如圖 2所示 。 圖 2模態(tài)振型圖 為扭轉型，軸上其本無變形，在各端面上表現(xiàn)為相對扭轉振型 。振型為徑向振 :表現(xiàn)為端面上的振動呈現(xiàn)出多邊形振型，軸向上基本無振動。限于篇幅，齒輪振型圖未列出，其振型形狀為對折振型，表現(xiàn)為軸向出現(xiàn)規(guī)則波浪振型，在端面上為規(guī)則多邊形振型。 4 齒輪固有頻率測試 通常用來測試齒輪固有頻率的方法有敲擊法和共振法兩種，采用 敲擊法，其具體做法是 :將測試齒輪用細的非金屬線懸掛起來，用粘接劑將加速度計安裝在齒輪端面，后接電荷放大器放大輸出信號，輸出信號通過振子光線示波器記錄，將采集到的振動信號輸入頻譜分析儀，然后把示波器上的信號回放至頻譜分析儀，再進行快速傅里葉任 TT)變換，得到其傳遞函數(shù)。將多次測量得到的傳遞函數(shù)進行曲線擬合和參數(shù)識別，即可得到測試齒輪的振動模態(tài)參數(shù) (固有頻率、振型、阻尼比等 )。 5 結論 我們采用 ANSYS 軟件建立齒輪有限元模型，對其進行模態(tài)分析，并對兩種材質(zhì)的齒輪的模態(tài)分析結果進行比較。得出如下結 論 :①塑料齒輪與鋼質(zhì)齒輪的最大應力都位于兩齒間隙的齒根部位，說明齒輪齒根部位承受最大載荷，但合金鋼質(zhì)齒輪的最大應力值遠大于塑料齒輪的最大應力值，約為 103倍。最小應力都位于齒輪軸部固定位置。②相對于鋼質(zhì)齒輪，塑料齒輪的固有頻率很低 。兩種材質(zhì)齒輪各階次模態(tài)頻率比隨階次升高呈增大趨勢，并求得塑料齒輪與鋼質(zhì)齒輪的固有頻率和振型，最后進行試驗分析，得到計算結果與試驗結果基本吻合，說明用 ANSYS建立的模型和計算結果是正確的。
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