ansys齿轮模态分析

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1、硕士研究生课程结课论文《有限元理论》姓名：学号：2009030104年级：09级学科专业：机械设计及理论二级院系：机械工程学院日期：20101226教师评定：综合评定成绩：任课教师签字：基于ANSYS的采煤机截割部行星齿轮模态分析（哈尔滨150027)摘要：采煤机截割部行星齿轮在采煤机中具有重要的作用，本文介绍了模态分析的基本原理，利用Pro/e建立了采煤机截割部行星齿轮实体模型，应用ANSYS对齿轮实体模型进行模态分析。结果显示，该齿轮能够满足采煤机截割部的应用。关键词：行星齿轮模态分析有限元modalanalysisofPlanetGearforCutting

2、UnitofCoalShearerbaseonANSYSAbstract：planetarygearofcuttingpartincoalwinningmachineplaysanimportantrole,thispaperintroducesthebasicprincipleofmodalanalysis,establishedplanetarygearsolidmodelbyPro/eandappliedANSYStoanalysethegearsolidmodelandconductmodalanalysis.Theresultsshowthatthege

3、arcansatisfymeettheproductionapplicationKeywords：planetarygearmodalanalysisfiniteelement0前言：齿轮传动是机械传动中最重要的传动部件，被广泛的应用在各个生产领域中，经常用在重要的场合；传动齿轮在工作过程中受到周期性载荷力的作用，有可能在标定转速内发生强烈的共振，动应力急剧增加，致使齿轮过早出现扭转疲劳和弯曲疲劳。静力学计算不能完全满足设计要求，因此有必要对齿轮进行模态分析，研究其振动特性，得到固有频率和主振型(自由振动特性)。同时，模态分析也是其它动力学分析如谐响应分析、瞬态动

4、力学分析和谱分析的基础。行星齿轮传动系统以其结构紧凑、传动比范围大、传动效率高等的优点，在各种机器和机械装备中被广泛使用。本文运用有限元软件ANSYS对采煤机行星齿轮进行模态分析，为齿轮动态设计提供了有效的方法。1模态分析简介由弹性力学有限元法，可得齿轮系统的运动微分方程为：（1）式中，，，分别为齿轮质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵；分别为齿轮振动加速度向量、速度向量和位移向量，、、分别为齿轮振动加速度向量、速度向量和位移向量，；为齿轮所受外界激振力向量，。若无外力作用，即，则得到系统的自由振动方程。在求齿轮自由振动的频率和振型即求齿轮的固有频率和固有振型时，阻尼对它

5、们影响不大，因此，可以作为无阻尼自由振动问题来处理[2]。无阻尼项自由振动的运动方程为：（2）如果令则有代入运动方程，可得(3)式中为第I阶模态的固有频率，为第I阶振型，。2齿轮建模在ANSYS中直接建模有一定的难度，考虑到其与多数绘图软件具有良好的数据接口，可以方便的转化，而Pro/e软件以其参数化、全相关的特点在零件造型方面表现突出，可以通过参数控制模型尺寸的变化，因此本文采用通过PRO/E软件对齿轮进行参数化建模，保存为iges格式，然后将模型导入到ANSYS软件中的方法。设有模数m=12，齿数z=20，压力角β=20°，齿宽b=170mm，孔径为￠205m

6、m的标准齿轮模型。如图1图1齿轮实体模型3齿轮模态有限元分析3.1导入齿轮模型启动ANSYS，单击菜单UtilityMenu→FILE→IMPORT→iges。然后把路径指向之前保留的iges文件。单击[OK]按钮提取模型。再选择UtilityMenu→PlotCtrls→Style→SolidModelFacets，在弹出窗口中的Styleofareaandvolumeplots选项中选择NormalFaceting，以实体形式显示模型。3.2定义单元类型由于斜齿轮的齿面为空间曲面，难以自动进行规整的六面体网格划分。因此，在这里采用自由网格划分方式，单元类型选择

7、带中间节点的四面体单元Solid95，它具有20个节点，对复杂形状具有较好的适应性。3.3定义材料属性进行模态分析需要输入杨氏模量、泊松比和材料密度等参数。杨氏模量EX=2.1e11，泊松比PRXY=0.3材料密度:DENS=7.8e33.4划分网格由于计算齿轮处于自由状态时的模态值，所以对齿轮不施加外载荷。选择ANSYS中的模态分析模块，运行有限元程序。ANSYS提供了7种模态提取方法，本文采用BlockLanczos法。划分好的有限元模型如图2所示。图2ANSYS网格划分3.4加载求解当轮缘的边界范围达到一定大小时，邻齿及轮体对单个轮齿振动模态的影响可忽略不计

8、。因此，可