大功率礦用減速器箱體優(yōu)化設(shè)計(jì)_圖文

1、 OpenGL對減速器箱體設(shè)計(jì)進(jìn)行可視化編程,實(shí)現(xiàn)了減速器箱體的參數(shù)化三維建模和基本的動(dòng)畫顯示。對箱體的振動(dòng)方面進(jìn)行的研究。按箱體工作振型頻率響應(yīng)函數(shù)的分析方法,找出了對噪聲貢獻(xiàn)最具有代表性的測點(diǎn),為通過測試振動(dòng)信號實(shí)現(xiàn)聲壓級的測量奠定了基礎(chǔ)。減速器箱體的研究趨勢為:對箱體進(jìn)行多目標(biāo)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)和參數(shù)靈敏度分析。對減速器箱體進(jìn)行聲學(xué)分析、疲勞分析、熱分析和多場耦合分析。從產(chǎn)品設(shè)計(jì)的全局來看,結(jié)構(gòu)的分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)只是其中的一部分。將方案設(shè)計(jì)、圖形顯示和輸出功能與結(jié)構(gòu)的分析、優(yōu)化融為一體,則可大大縮短從CAD到CAM的周期。綜合運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)、人工智能、專家系統(tǒng)、決策技術(shù)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)等理論和方法

2、,并與優(yōu)化設(shè)計(jì)理論和方法相結(jié)合,使整個(gè)工程設(shè)計(jì)逐步向自動(dòng)化、集成化、智能化方向發(fā)展,這在國內(nèi)外正成為一個(gè)活躍的研究領(lǐng)域。1.4本文研究對象及意義1.4.1本文研究對象本文研究對象是1000KW礦用減速器箱體,如圖1-I所示。此減速器是第一級為一對弧齒錐齒輪傳動(dòng),第二級傳動(dòng)是一對斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)的二級減速器。其主要參數(shù)如表卜1所示。 酗卜I張家口1000KW艱減速器箱體表卜1減速器主要參數(shù) 圖3屯圖3-3蜘一山for w阿蕊F一團(tuán)hter試m for Y111480.0000l I曼吐仃n坩-“for v2i2lo.I b臼圖34 圖3-5上箱體模型圖3-6上、下箱體模型 幽37改變輸入?yún)?shù)后上

3、箱體模剩 遼r門犁技術(shù)人學(xué)碩十學(xué)位論文第28頁4礦用減速器箱體的有限元分析本章通過Pro/ENGINEER與有限元分析軟件ANSYS的接口,將三維繪圖軟件Pro/ENGINEER建立的減速器箱體三維實(shí)體模型導(dǎo)入到ANSYS 中對其進(jìn)行有限元應(yīng)力分析。4.1箱體有限元模型的建立4.1.1箱體三維實(shí)體模型的建立由于礦用減速器箱體的形狀復(fù)雜,所以利用Pro/ENGINEER強(qiáng)大的繪圖功能,建立箱體了三維實(shí)體模型如圖41所示。 幽41Pro/ENGINEER中的上箱體的實(shí)體模型4.1.2舢臨YS與Pro/ENGINEER的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換ANSYS和Pro/ENGINEER的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換有很多種方法,常使用的兩種

4、方法:(1IGES是一種普遍接受的文件格式,ANSYS和Pro/ENGINEER可以通過IGES來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。(2利用ANSYS中內(nèi)置的與Pro/ENGINEER的接口。模型由Pro/ENGINEER 導(dǎo)入到ANSYS的過程中,注意以下幾點(diǎn):(1因?yàn)樯?、下箱體由23個(gè)直徑為30mm的螺栓連接,故可以忽略上、下箱體之自j的滑動(dòng)。所以可以把上下箱體看成一個(gè)整體模型。(2忽略螺紋、圓角。因?yàn)閷⒛Ｐ驮趶腜ro/E導(dǎo)入ANSYS過程中,有遼寧j1:程技術(shù)大學(xué)碩士學(xué)位論文第29頁圓角的地方會(huì)產(chǎn)生模型的實(shí)體缺失,故螺紋可以用修飾螺紋來代替,圓角可以用其他的命令如拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描等來代替。(3簡化對于分析影

5、響較小的一些結(jié)構(gòu),如箱體的吊耳、標(biāo)牌、用于冷卻的油槽孔等。由于上、下箱體是對稱的,所以利用Main Menu>Preprocessor>Modeling>ReflectVolumes命令,實(shí)現(xiàn)整個(gè)箱體模型。箱體模型在ANSYS中如圖42所示。N mi塒ni2022:03:3, 4.13單元的選擇圈4_2ANSYS中的整個(gè)箱體的模型ANSYS單元庫有近200多種單元類型。每種單元類型由名稱和代號組成,具有特定的單元性能。這些單元按照結(jié)構(gòu)可分為梁單元、實(shí)體單元、殼單元、管道單元等等。在實(shí)際工程問題中,有些結(jié)構(gòu)形體復(fù)雜,必須按照空間問題求解。在空間問題中對計(jì)算對象形狀適應(yīng)較好的是常

6、應(yīng)變4結(jié)點(diǎn)四面體單元。圖43所示為四面體單元,以四個(gè)角點(diǎn)天J、l、m 為節(jié)點(diǎn),每個(gè)節(jié)點(diǎn)有3個(gè)自由度,一個(gè)單元有12個(gè)自由度。單元自由度的矩陣表示是:M“=”=刪-IN,璣hr.珥.(4-1【J其中,是三階剛度矩陣。屯“r 晰吩嘶%吁為懈葉歹移w 艙H 肺書單” 遼寧L:稃技術(shù)大學(xué)碩+學(xué)位論文第31頁4.1.S網(wǎng)格劃分根據(jù)減速囂箱體結(jié)構(gòu)及其性能要求,在Meshtool對話框中選擇6級精度對模型進(jìn)行自由網(wǎng)格劃分,在箱體的每個(gè)軸承座處選擇細(xì)化,分別得到308,802個(gè)節(jié)點(diǎn)和183,754個(gè)單元,劃分結(jié)果較理想,如圖44所示。 幽44箱體的有限元模刑4.2載荷與約束的處理4.2.1載荷的處理減速器所受

7、的載荷主要是通過軸承作用于箱體。軸承上的載荷分布,在中心軸向力的作用下,可認(rèn)為載荷由各滾動(dòng)體平均分擔(dān);在徑向力作用下的滾動(dòng)軸承受力情況如圖4-4所示。軸承座處的集中力按余弦函數(shù)分布處理,如圖4-5所示。徑向載荷通過軸頸作用于內(nèi)圈,位于上半圈的滾動(dòng)體不會(huì)受力,面下半圈的滾動(dòng)體將此載荷傳遞至外圈上。軸承座處的集中力按式(4-5分布:們=囂酬扣(州姚600.(4-5其中,p一軸承座所受的力R軸承座的半徑 遼。jJ:程技術(shù)人學(xué)碩十學(xué)位論文第36頁在不同的軸承座取不同的值,自變量選擇Y專File專Save(給函數(shù)取名為PcOS.fune_OK。Parameters寸FunctionsRead From

8、File(選取函數(shù)PCOS.func-Table parameters nameoSolution-Define Loads-Apply-*Structural專Pressure斗on Areas(選擇FY,施加徑向壓力,Apply as Existing Table-'oK(選取PCOS一OK 根據(jù)箱體的安裝形式,箱體與電機(jī)相連的輸入部分、與行星架相連的輸出部分為全約束。施加完載荷和約束進(jìn)行求解,求解完成后,在通用后處理器(POSTl里查看結(jié)果。4.3結(jié)果分析ANSYS向用戶提供了兩種后處理工具查看計(jì)算結(jié)果:通用后處理器POSTl和時(shí)間歷程后處理器POST26。通用后處理器用來查看模

9、型在某一特定時(shí)刻(或某一載荷步、頻率的結(jié)果。時(shí)間歷程后處理器則是用來查看模型的指定點(diǎn)的特定結(jié)果相對于時(shí)間、頻率或其它結(jié)果項(xiàng)的變化,后處理器POST26一般只能用于處理瞬態(tài)和動(dòng)力分析結(jié)果。顯然,本文的結(jié)果分析只在通用后處理器中進(jìn)行。顯示應(yīng)力等值線路徑:Main Menu>General Postprocessor>Plot Results>Contour Plot對于工況I,箱體的應(yīng)力變形云圖,如圖4-6、4-7所示。工況籀體的應(yīng)力變形云圖,如圖48、4-9所示。 幽4-6.I:況I上箱體X方向的慮力分布云豳遼寧工程技術(shù)大學(xué)碩士學(xué)位論文第37頁 圖47.T況I下箱體Y方向應(yīng)力分

10、布云圖圖8J二況上箱體Y方向應(yīng)力分布云圖圖4-9.I:況。卜箱體x方向應(yīng)力分布云圖 圖410I:況上箱體主應(yīng)力分布云圖圖41l r:況II下箱體主戍力分布云圖 幽412I:況上箱體總變形分布云幽從圖46、47、48、49可以看出上、下箱體的受力比較均勻,都沒有出現(xiàn)應(yīng)力集中的現(xiàn)象。由圖46得出上箱體在x方向所受的最大應(yīng)力為10.707gPa,第一、二、三、四、六軸承座受力最大為6.767肋口a。由圖4-7得出下箱體在Y方向所受的最大應(yīng)力為23.375MPa,出現(xiàn)在第三軸承座,其余軸承座受力最大為15.482MPa。 遼寧工程技術(shù)大學(xué)碩士學(xué)位論文第45頁add、subtract、intersect、divide、gltle以及overlap。參數(shù)化的模型如圖5-5所示。 圖55ANSYS中參數(shù)化的模型定義單元類型、定義材料屬性、進(jìn)行網(wǎng)格劃分、施加載荷,進(jìn)行求解與有限元分析部分的步驟相同,這里不再重復(fù)敘述。5.3.4箱體優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)的定義與提取箱體優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)的定義與提取由APDL來完成的,APDL程序?yàn)? /POSTlAVPRIN,0,ETABLE,ev,VOLU,!定義體積!乖SSUM l體積求和!