某雷达方位减速器输出齿轮及轴的有限元分析

摘要

减速器是原动机和工作机之间独立的闭式机械传动装置，用来降低原动机转速或增大转矩，以满足工作机的需要。由于减速器具有结构紧凑，传动效率高，传动准确可靠，使用维护方便等优点，故在工矿企业及运输、建筑等部门中运用极为广泛。 有限元结构分析是现代工程设计和检验的一种快捷、有效的辅助工具。将其运用于机械结构分析和性能检测，对于测试机械性能，缩短检验时间，改进机械结构，降低成本都有十分重要的意义。 本文应用大型有限元分析软件ANSYS和绘图软件Solidworks，对某型雷达方位减速器输出齿轮及轴的静态、模态、动力学响应等多方面性能进行了数值模拟。主要工作如下： 1、使用Solidworks软件重现了齿轮的原始模型，为了防止分析时部分细微结构的网格划分影响计算结果，直接在ANSYS软件中做了合理简化后的建模。 2、对齿轮进行了静态分析；给出齿轮的等效应力云图和向量位移云图，校核了齿轮的强度和刚度；对齿轮应力偏差云图进行分析，考察了静态分析的精确度。 3、应用有限元模态分析方法，获得了轴的前5阶固有频率和相应振型，并给出分析评价；对轴进行了谐响应分析，考察了在工作频率及第四阶固有频率下，几个重要截面处的径向应力响应和径向位移响应；并计算了轴的临界转速。 4、建立了三种动力学模型(单齿啮合、双齿啮合及齿轮倾斜时的双齿啮合三种模型)；基于ANSYS的LS—DYNA模块，对大小齿轮组成的齿轮对进行了冲击动力学分析，分别计算出了冲击过程的时间范围和冲击力的值；并进行了分析比较，为齿轮进行瞬态动力学分析打下了基础。 5、模拟齿轮的工作过程，用Full法对齿轮分别进行了两种工况下(齿轮正常安装及倾斜时两种工况)的瞬态动力学分析；得到关键节点的动态响应曲线、等效应力云图和向量位移云图；并对瞬态和静态的计算结果进行比较，得出结论：当轴及齿轮发生倾斜时，齿轮在冲击载荷作用下必然发生断裂，证实了冲击载荷对机械的巨大破坏性。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1前言

1.2有限元的基本思想

1.3有限元的应用

1.4齿轮的有限元分析现状

1.5本文主要研究内容

第二章常用有限元软件介绍

2.1常用有限元软件

2.2有限元软件ANSYS介绍

2.3本章小结

第三章齿轮有限元静态分析

3.1弹性连续体有限元法分析的基本理论

3.2齿轮有限元模型的建立

3.2.1齿轮模型的简化

3.2.2齿轮的建模及划分网格

3.2.3边界约束条件和载荷

3.3计算结果及分析

3.3.1齿轮静态计算结果

3.3.2计算结果分析

3.4本章小结

第四章轴的模态分析

4.1模态分析基础

4.1.1连续系统的模态分析

4.1.2模态求解的近似方法

4.2模态分析在ANSYS软件中的实现

4.2.1模态分析的基本步骤

4.2.2模态提取的常用方法

4.2.3模态提取的其他方法

4.3轴的模态分析

4.4轴的临界转速分析

4.5本章小结

第五章轴的谐响应分析

5.1谐响应分析的三种求解方法

5.2谐响应分析的步骤

5.3激振力的确定

5.4施加约束及载荷

5.5结果分析

5.6本章小结

第六章齿轮的冲击动力学分析

6.1接触的基本知识及分类

6.2接触的基本方程

6.3显式有限元理论与方法

6.4齿轮的建模、网格划分与加载

6.5本章总结：

第七章齿轮的瞬态动力学分析

7.1瞬态分析基础

7.1.1瞬态动力学分析的定义

7.1.2瞬态分析求解方法

7.1.3 Full法瞬态动力学分析的主要步骤

7.2齿轮的瞬态动力学分析

7.2.1齿轮的建模、网格划分与加载

7.2.2计算结果与分析

7.3齿轮偏斜状态下的瞬态动力学分析

7.3.1齿轮的建模网格划分与加载

7.3.2计算结果与分析

7.4本章小结

第八章结论与展望

8.1工作总结

8.2展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文