某型锻压重载齿轮在高速旋转下的模态分析

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1、某型锻压重载齿轮在高速旋转下的模态分析王雅董宇航(安徽建筑大学.机械与电气工程学院，安徽，合肥，230601)摘要在SOLIDWORKS和ANSYS软件环境下，分别建立某型重载直齿圆柱齿轮三维几何模型和动力学模态分析有限元模型，模拟某型锻压设备传动系统重载直齿圆柱齿轮旋转过程的实际工况，进而对其在静止状态下和高速旋转状态下的齿轮进行了模态分析，得到齿轮的低阶固有频率和主振型。通过对两种状态下的固有频率进行对比分析，结果表明由于齿轮旋转过程的离心弹性变形而产生“离心刚化效应”，所导致齿轮模态特性的改变。模态

2、分析的结果即反映了齿轮高速转动下的动力学特性，又为齿轮的设计和改进提供了新的参考依据。关键词锻压齿轮高速旋转模态分析固有频率模态振型ModalAnalysisofaCertainTypeofForgingGearinhighspeedrotationWangYaDongYuhang(SchoolofMechanicalandElectricalEngineering,AnhuiJianzhuUniversity,Anhui,230601)AbstractThe3Dgeometricandfiniteele

3、mentmodelfordynamicmodalanalysisofacertaintypeofheavygearisestablishedthrough3DdesignsoftwareSolidworksandFEAsoftwareANSYSrespectively,simulatingtheactualworkingconditionofacertaintypeofsystemofforgingequipmentdriveheavyspurgearrotationprocess.Thenmodalan

4、slysisongearsinbothstaticstateandhigh-speedrotationstateareperformedandthenaturalfrequenciesandcorrespondingmodalshapesaretobeobtained・Bycomparingandanalyzingthenaturalfrequenciesofthetwokindsofstate,Theresultsshowthatthecentrifugalstiffeningeffectcausedb

5、ythecentrifugalelasticdeformationofthegearrotatingprocessleadstothechangeofthemodalcharacteristicsofthegcar.Theresultofmodalanalysisisarcflcctionofthedynamiccharacteristicsofgearunderhighspeedrotation,andprovidesanewreferenceforthedesignandimprovementofge

6、ars.Theresultsofmodalanalysisprovideanewtechniqueandprovideareferenceforthedesignandimprovementofthegear.Keywordsforginggearhigh-speedrotationmodalanalysisnaturalfrequencymodalshape0弓I言在大型锻压设备的传动系统中，齿轮往往处于髙速和重载的恶劣工况下，工作时齿轮副不仅有复杂的接触，并且在内部和外部激励的共同作用下产生机械振动，

7、当外部激励频率与齿轮副结构的固有频率接近时，将会发生强烈的共振，造成齿轮强度和刚度的破坏甚至完全失效。迄今已有学者冷7

8、对结构简单的直齿圆柱齿轮、斜齿圆柱齿轮、少数齿轮和渐开线齿轮等进行了有限元静态下的模态分析，另有学者血⑼对高速旋转状态下汽车弧齿锥齿轮的动力学模态分析等进行动力学模态分析，得到各阶的固有频率和振型。但是对于某型锻压重载齿轮传动系统则鲜有分析，由于锻压重载齿轮传动系统的复杂性、变速的频繁性，以及经常出现的剧烈的振动和锻压设备在运行的过程中出现效率低下、振动强度大、噪声污染严重等缺点。显然当

9、齿轮在高速运转状态下，传统的齿轮静态线性模态分析已经不能满足使用要求，故而対传动系统进行振动频率的动力学非线性模态分析就显得尤为重要。本文屮首先建立某型重载直齿圆柱齿轮精确的三维儿何模型，并利用ANSYS建立准确的有限元模态分析模型，模拟了某型重载直齿圆柱齿轮在高速旋转状态下的实际工况，得到某型重载直齿圆柱齿轮在高速旋状态下的固有频率和振型等动力学模态特性，为齿轮系统的进一步的动力学修改、噪声控制以及优化设计等方面提供了有力的