双螺杆挤出机传动箱体的有限元模态分析及结构优化设计

摘要

双螺杆挤出机传动箱是动力源与工作装置之间的联接部分，承受着较大的力的传递作用。箱体本身是整个传动系统的主要承力部件，其工作环境比较恶劣。当整个机器在工作过程中，传动箱体受力状况非常复杂，传动箱内部齿轮和轴承到较大冲击，而这种冲击力会直接传递到箱体上，若箱体的刚度不足，就会发生变形，加速零件的磨损，产生噪音，影响整体的安全性和使用寿命，所以传动箱箱体本身应具有足够的刚度和强度。
　　 目前，利用有限元模态分析技术来预估机械结构的动态特性已成为有效途径之一，同时利用现代结构优化技术对传动箱在重量、变形、应力等方面的优化分析也正在日益普遍。这对提高产品质量、降低成本、缩短产品设计周期都具有十分重要的意义。
　　 本论文以南京某机械公司研制生产的双螺杆挤出机的传动箱为研究对象，运用有限元模态分析方法，对箱体的动态特性进行了研究，在此基础上对箱体做结构优化分析设计，力图减少其设计中存在的缺陷，以期达到产品优化设计要求。
　　 根据双螺杆挤出机箱体图纸，利用Pro/E建立几何模型，然后将模型导入ANSYS中进行模型修正、网格划分等处理。对传动箱体进行有限元静力学分析，校核了箱体的强度和刚度。对箱体进行有限元模态分析，使用ANSYS Workbench计算得到箱体的前十二阶自由模态和约束模态的固有频率和振型，根据这些模态参数对箱体性能的影响，指出箱体结构改进的方向。在前面进行的有限元分析的基础上，选取箱体结构的几个参数为变量进行优化分析，最后绘制出了箱体改进后的三维图。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题来源

1．2 本课题国内外的研究现状

1．2．1 双螺杆挤出机及其传动箱的研究现状

1．2．2 有限元模态分析技术的研究现状

1．2．3 结构优化设计技术的研究现状

1．3 本课题研究的目的和意义

1．3．1 课题研究的意义

1．3．2 课题研究的目的

1．4 本文研究的主要内容

1．5 本章小结

参考文献

第二章 弹性力学、有限元法等相关理论及ANSYS软件概述

2．1 弹性力学基本方程

2．2 有限元法基本理论及ANSYS软件

2．2．1 有限元方法概述

2．2．2 ANSYS分析软件的应用

2．2．3 ANSYS Workbench环境概述

2．3 静力学分析理论

2．4 模态分析理论

2．4．1 模态分析

2．4．2 模态分析的理论基础

2．5 本章小结

参考文献

第三章 双螺杆挤出机传动箱体的静力学分析

3．1 结构静力分析

3．2 传动箱体有限元模型的建立

3．2．1 箱体结构模型的建立

3．2．2 箱体结构模型的简化

3．3 传动箱体静力学分析

3．3．1 ANSYS Workbench静力学分析

3．3．2 箱体载荷的确定

3．3．3 箱体有限元静力学分析过程

3．3．4 箱体静力学分析结果

3．4 本章小结

参考文献

第四章 双螺杆挤出机传动箱体的有限元模态分析

4．1 ANSYS模态分析

4．1．1 ANSYS模态分析的步骤

4．1．2 ANSYS模态提取方法

4．2 传动箱体有限元模态分析模型的建立

4．2．1 实体模型的修正

4．2．2 单元的选择和网格划分

4．3 传动箱体有限元自由模态分析

4．3．1 自由模态固有频率的计算

4．3．2 自由模态的主振型及其分析

4．4 传动箱体有限元约束模态分析

4．4．1 约束模态的边界条件

4．4．2 约束模态的有限元模型

4．4．3 约束模态固有频率的计算

4．4．4 约束模态的主振型及其分析

4．5 传动箱体有限元模态分析结果

4．6 本章小结

参考文献

第五章 双螺杆挤出机传动箱体的结构优化分析

5．1 结构优化设计概述

5．1．1 优化设计

5．1．2 基于ANSYS的结构优化设计

5．1．3 ANSYS Workbench结构优化流程

5．2 传动箱体的结构优化设计

5．2．1 箱体结构优化模型的建立

5．2．2 箱体的结构优化变量的确定

5．3 传动箱体的结构优化过程及结果分析

5．4 本章小结

参考文献

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

致谢