基于ANSYS的谐波齿轮圆柱形柔轮模态分析.pdfVIP

第 5期 总 第 1 7 4期 2 O 1 2年 lO月 机 械 工 程 与 自 动 化 MECHANI CAL ENGI NEE RI NG 8 L AUTOMATI ON NO 5 Oc t 文章编号 1 6 7 2 6 4 1 3 2 0 1 2 0 5 0 0 4 7 0 2 基 于 ANS YS的谐 波齿 轮 圆柱形柔轮模 态分析 何雅 娟 陕西理工学院 机械工 程学院 陕西 汉中 7 2 3 0 0 3 摘要 谐 波齿 轮传 动的主要失效形式是柔轮 的疲 劳断裂 谐波齿轮传 动柔轮 的强度 问题 一直是谐 波齿轮设计 者的一个课 题 采 用基于接触 问题 的有限元法建立数值模 型并进行模 态分析 得 到柔 轮的前 1 O阶固有频率 通过分析 柔轮的固有频率范围 为谐波齿轮 的改进提供参考 关 键 词 柔 轮 有 限 元 模 态分 析 中图分类号 TH1 3 2 4 1 T P 2 7 3 文献标识 码 A 0 引 言 谐波齿轮传动是一种性 能优 良的机械传动 它具 有精度高 回差小 传动 比大 体积小 噪声低等一系列 优点 为避免工作时出现共振 本文对谐波齿轮传动 中对 动态 性能起 主要 影 响 的关 键元 件 柔 轮进 行 了 模 态分 析研 究 1 圆柱 形柔轮 有 限元模 型 的建立 1 1 三 维模 型的 建立 图 l 为 圆柱 形柔 轮结 构简 图 由于 ANS YS中不 能 建立 曲线 方程 而 P r o E软 件 可 以很 方 便 地 建立 各 种曲线方程 再加上其参数化设计能简单灵活地修 改 设计 参 数 因此 选择 P r o E完成 建模 具 体三 维 建模 参 数见 表 l l P 吏 I J R 1 L l f 寸l I l 寸 一 L l 图 l 圆柱 形 柔 轮 结 构 简 图 在建 立柔 轮 的有 限元模 型时 忽 略了齿 圈 圆角 齿 廓 圆角 法兰倒角等局部细节问题 从而简化了有限元 模型 使计算更加方便 生成的圆柱形柔轮三维模型如 图 2所 示 1 2单 元设 置和 网格 划分 所选 柔 轮 材 料 为 3 5 C r Mn S iA 其 弹 性 模 量 E一 1 9 6 GP a 泊 松 比 一O 2 8 表 1 柔轮三维建模参数 参 数名称 模 型参数值 模数 m mm 0 5 齿数 4 2 9 压力角 a 2 0 分度圆半径 R mm 1 0 6 6 2 5 基 圆半 径 Ro mm 1 0 O 1 9 齿顶高系数 h 1 顶隙系数 c 0 2 5 齿根圆半径 Rf mm 1 0 6 齿顶圆半径 R mm 1 O 7 1 2 5 筒体长度 L ram 1 8 O 光滑简壁厚 1 ram 3 6 齿圈宽度 b mm 4 0 齿圈部分 壁厚 mm 6 图 2 圆柱 形柔轮三维模 型 实体单元选择可用于三维模 型的 S o lid 1 8 5 每个 节点有 3 个 自由度 即沿 X y Z方 向的移动 自由度 该 单元 能用 于模 拟塑 性 应 力钢 化 蠕 变 大变形 大应 变等 收稿 日期 2 0 1 2 0 7 2 8 修 回 日期 2 0 1 2 0 8 1 0 作者简介 何雅娟 1 9 8 3 一 女 陕西汉 中人 助教 硕 士 主要研究方 向为机械装备 的设计与制造 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 学兔兔 w w w x u e t u t u c o m 2 0 1 2年第 5期 机 械 工 程 与自 动 化 5 l 件参数初始值输入仿真模型 并与实际设备运行状态 值进行对 比后可知 活动横梁行程仿真结果 与实测 曲 线 吻合较 好 如 图 8所示 目 目 驰 察 t s 图 7主 侧 缸 及 回程 缸 压 力 t s 图 8仿真结果与测试结 果对 照 4 结 论 本文基于 I TI S imu l a t io n X软件平台 对某大型快 锻液压机快锻工况进行建模和仿真研究 给出了锻造 频次 锻造精度等系统工作性能指标 以及活动横梁位 移和速度 充液管道流速 排油 阀启 闭特性 主缸和 回 程缸压力等动态参数 并通过与现场实测数据进行 对 比验证了仿真模 型的准确性 为多学科仿真软件 I TI S ir n u l a t io n X在 工 程 系统 研究 领 域 的应 用 提 供 了可 行 性依据 参考文献 1 高俊峰 我 国快锻液 压机 的发展与现 状 J 锻 压技 术 2 0 0 8 3 3 6 i 5 2 陈柏金 黄树槐 靳龙 等 1 6 MN快锻液压机控制系统 研究l J 中国机械工程 2 0 0 8 1 9 8 9 9 0 9 9 3 3 姚静 孔祥东 权凌霄 等 采用蓄能器的快锻液压机建 模 仿真 与 试验 研 究 J 中国 机械 工 程 2 0 0 9 2 0 2 2 41 2 4 4 4 刘艳芳 S i mu l a t i o n X精 解与实 例 M 北京 机械 工业 出版社 2 0 1 0 I TI S imu l a t io n X Ba s e d S imu l a t io n f o r Hy d r a u l ic S y s t e m o f Fa s t Fo r g ing Hy d r a u l ic Pr e s s ZH ANG Y i g o ng Te ch n olog y Ce n t e r o f Ta i yu a n H e a v y M a ch in e r y Gr o u p Co Lt d Ta iy u a n 0 3 0 0 2 4 Ch in a A b s t r a ct Th e s imu l a t io n mo d e l o f t h e h y d r a u l ic s y s t e m o f a l a r g e f a s t f o r g in g h y d r a u l ic p r e s s wa s s e t u p b y I TI S im u l a t i o n X s o f t wa r e Th e wo r k in g p e r f o r ma n ce in d ice s a n d o p e r a t io n s t a t e s o f t h e m a in co mp o n e n t s o f t h e s y s t e m we r e p u t f o r wa r d t h e s imu l a t ion mo de l wa s v e r if ie d t hr ou gh co m p a r is o n b e t we e m s imu l a t ion r e s u l t s a nd co l l e ct e d d a t a on de b ug ging f ie l d The r e s ul t s s h o w t h a t t h e s im u l a t io n mo d e l a g r e e s we l l wit h t h e a ct u a l s y s t e m a n d p r o v id e f e a s ib il it y b a s is f o r 1 T1 一 S imu l a t io n X s o f t wa r e a pp l ica t ion t O e n gine e r in g s y s t e m r e s e a r ch f ie l d Ke y wo r d s h y d r a u l ic p r e s s h y d r a u l ic s y s t e m s imu l a t io n I TI S imu l a t io n X 上接 第 4 8页 3 王文静 谐波齿轮传动短杯柔轮的结构设计及性能分析 参考 文献 D 北京 北京工商大学 2 0 0 7 5 1 6 0 1 M H伊万诺夫 谐波齿轮传动 M 沈允文 李克美 译 4 3 张军峰 王燕燕 基于 AN S YS的振动给料机给料槽动态 北京 国防工业出版社 1 9 8 7 特性分析 J 煤矿机械 2 0 0 9 3 0 2 8 5 8 8 2 沈允文 叶庆泰 谐波齿轮传动的理论和设计 M 北京 5 3 王天赐 谐波齿轮传动中柔轮的有限元分析 D 西安 西 机械工业 出版社 1 9 8 5 北农林科 技大学 2 0 1 0 4 5 5 8 M o d a l Ana l y s is o f Co l u mn s ha pe d Fl e x s pl in e o f Ha r m o n ic Dr iv e b y ANS YS HE Ya j u a n S ch o o l o f M e ch a n ica l En gi ne e r in g S h a a nx i U n iv e r s it y o f Te ch n o l o g y Ha n z h on g 7 2 3 0 0 3 Ch in a Ab s t r a ct Th e in v a l id a t io n o f h a r mo n ic d r iv e i s mo s t l y t h e f a t i g u e r u p t u r e o f t h e f l e x s p l i n e Th e f i n it e e l e me n t me t h o d b a s e d o n co n t a ct is p u t f o r wa r d t h c ma t h e ma t ica l mo d e l is s e t u p a n d t h e mo d a l a n a l y s is is ca r r ie d o u t a n d t h e f ir s t t e n n a t u r a l f r e q u e n cie s o f t h e f l e x ib l e wh e e l