行星轮系动态特性分析的重复超单元方法

发布时间：2021-01-31 23:27

　　行星轮系的动态特性分析是解决减速器齿轮箱振动与噪声问题的关键。在固定界面模态综合法基础上,提出一种行星轮系动力学建模的重复超单元方法。根据行星轮的结构特征建立超单元模型,将动态缩聚后的超单元装配到残余结构的边界上,利用保留主模态和约束模态得到重复超单元系统矩阵。采用某行星轮系为研究对象,通过比较传统超单元模型、重复超单元模型与全模型计算结果来验证方法的有效性。将太阳轮盘、行星轮盘和内齿圈轮盘分别划分为超单元,将所有齿轮的齿圈划分为残余结构来建立传统超单元模型;考虑到各行星轮具有相同的几何特征,将其中一个行星轮的有限元模型作为原始超单元,其余行星轮作为重复超单元不需要划分有限元网格,通过定义缩聚界面的外部节点建立动力学模型。研究结果表明,重复超单元在保证精度的情况下分析效率更高。 

【文章来源】：机械设计与制造. 2020,(07)北大核心

【文章页数】：5 页

【部分图文】：

重复超单元子结构划分

本算例研究对象为某行星轮系，由一个太阳轮、四个行星轮和一个内齿圈组成，行星轮系几何参数，如表1所示。行星轮系的几何模型与有限元模型，如图2所示。其整体结构为钢材料，弹性模量E=19000MPa，泊松比μ=0.3，密度ρ=7750kg/m3。采用商用有限元软件Hypermesh，采用四面体单元和六面体单元进行混合建模，共建立40248个节点和28650个单元，其中太阳轮有11496个节点和8555个单元，行星轮有25472个节点和20160个单元，内齿圈有9648个节点和5695个单元。定义全模型为包含所有计算自由度的有限元模型。在行星轮系有限元模型的基础上，将行星轮系各齿轮的轮盘部分作为超单元，一共建立六个超单元，而行星轮系的齿轮通过弹簧单元连接，作为残余结构，完成传统超单元模型划分。3.2 传统超单元建模

对行星轮系进行传统超单元划分，按照实际结构几何形状等超单元划分原则进行超单元划分，将太阳轮轮盘、行星轮轮盘和内齿圈的轮盘划分为超单元，同时将所有齿轮的齿划分为残余结构，行星轮系传统超单元划分，如图3所示。传统超单元法考虑的是将每个齿轮的轮盘作为一个超单元，然后分别对各个超单元进行分析，最后装配到残余结构上。重复超单元分析将每个行星轮都定义为超单元，但只划分一个行星轮的网格作为原始超单元，其余行星轮作为重复超单元，只定义外部节点，不需要划分网格，与原始超单元使用相同的刚度和刚度矩阵，避免了由网格重复划分与载荷多次施加造成的对工作量的增加与系统资源的浪费。利用重复超单元对行星轮系进行分析时，要求重复超单元与原始超单元间保证几何上的一致性。

【参考文献】：
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本文编号：3011765