减速机箱体性能分析及关键技术研究

作     者：杨树峰 

作者单位：中原工学院 

学位级别：硕士

导师姓名：李勇;陈德木;陈芳

授予年度：2014年

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：箱体载荷计算 三维功能模型 模态分析 模态试验 静力学分析 

摘      要：减速机已经广泛应用于现代生产中,其工作性能直接影响整个系统的运行。箱体作为减速机的重要零件,对减速机的正常运转起到支撑、减振和散热等重要作用,因此有必要对箱体进行结构分析。本文针对TK系列减速机,采用有限元方法对减速机箱体进行自由模态和静力学的研究,主要工作如下： 在对减速机进行齿轮传动设计、齿轮载荷计算、轴及轴承载荷计算的基础上,构建了减速机箱体载荷计算模型。开发了弧齿锥齿轮传动设计参数化程序,研究了齿轮传动设计中相关参数的数表及线图的程序化处理方法。以VB为工具,编写减速机箱体载荷计算程序,实现载荷计算参数化,以TK系列减速机为例,说明其使用方法。 实习期间,针对企业中出现的减速机箱体破损现象,通过对减速机中斜齿轮、弧齿锥齿轮轴向力的研究,发现TK系列减速机中存在轴向力叠加的问题,探讨其解决方案。 构建减速机箱体的三维功能模型,探讨了进行箱体单元类型选择、材料属性定义、网格划分的方法。运用HyperMesh软件进行预处理,运用ANSYS软件进行自由模态分析,得到箱体功能模型无约束状态下前15阶频率及振型图。 根据模态试验原理,搭建模态测试系统,对减速机箱体进行脉冲锤击模态试验,采用多输入多输出(MIMO)时域模态分析方法,对箱体自由模态数据进行计算,得出箱体前6阶模态的固有频率和振型。对比有限元分析和模态试验结果,低阶固有频率振型一致,频率误差在5%范围内,相互证明了有限元法与试验法的准确性,证明了减速机箱体三维功能模型的可靠度。 利用ANSYS对减速机箱体进行静力学分析。根据对箱体载荷的研究,轴承作用在箱体的径向载荷可等效为在120°范围内的余弦分布力,使轴承座孔受力更加贴合实际。本文分别对减速机输入轴顺、逆时针转动时箱体进行静力学分析,通过对比观察箱体的向量位移云图,得出对箱体位移影响最大的是输出轴轴承座位置处Z方向上的位移,最大变形量为98μm,符合刚度要求;分析箱体等效应力云图可知,箱体的最大应力出现在输出轴承座孔与轴Ⅱ结合区域,应力值为11.8MPa,分析结果表明箱体的设计合理。