旋耕机传动齿轮箱箱体的有限元分析及结构优化设计

发布时间：2017-10-19 01:00

  本文关键词：旋耕机传动齿轮箱箱体的有限元分析及结构优化设计

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【摘要】：旋耕机传动齿轮箱作为拖拉机动力源与旋耕机工作装置之间的联接部分,承受着较大的力的传递作用。旋耕机在工作过程中,传动箱体受力状况比较复杂,齿轮箱内部齿轮和轴承受到较大冲击。若箱体的强度和刚度不足,会由于箱体变形影响内部齿轮传动系统的工作；同时,由于旋耕机传动齿轮箱箱体工作环境较为恶劣,箱体易在内外部激励下发生共振,导致内部组件损坏加快,工作噪声变大。综上分析,对旋耕机传动齿轮箱的箱体开展基于有限元的分析与优化设计,对于提高旋耕机工作的安全性与可靠性,具有重要的现实意义。 在当下,通过有限元的方法辅助分析机械结构的性能已成为现代机械设计的重要手段,与此同时,利用现代优化技术对机械在重量、变形等方面的优化分析研究也变得日益普遍,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。 本论文以连云港灌云县某农机公司生产的1GKN-180型旋耕机的传动齿轮箱为研究对象,运用有限元分析的方法,对箱体进行静力学分析,并对其动态特性进行了研究,在此研究的基础上对箱体进行结构优化设计,以期达到提高产品性能的目的。 在本课题中,根据旋耕机传动齿轮箱箱体的图纸,利用Pro/ENGINEER建立了箱体的几何模型,并将模型导入HyperMesh中进行模型修正、网格划分等有限元前处理工序,在模拟旋耕机的工作状态对传动齿轮箱箱体施加约束和载荷之后,将相关数据导入ANSYS对箱体进行了静力学分析,对箱体的强度和刚度进行了校核。在本课题中,对箱体进行了有限元模态分析,使用ANSYS软件分别求取了箱体前十阶自由模态与约束模态的固有频率及振型,并对相关参数进行了分析探究。最后在之前进行有限元分析的基础上,确定了箱体的优化变量,对箱体结构开展了基于ANSYS勺优化设计。优化后的箱体质量减轻了7.6%,优化取得了良好的效果。
【关键词】：传动齿轮箱 有限元分析 HyperMesh ANSYS 优化设计
【学位授予单位】：南京农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：S222.3;TH132.4
【目录】：

• 摘要6-7
• ABSTRACT7-8
• 第一章 绪论8-16
• 1.1 课题来源8
• 1.2 旋耕机具概述8-10
• 1.2.1 旋耕机具发展状况8-9
• 1.2.2 1GKN系列旋耕机相关介绍9-10
• 1.3 本课题国内外相关研究现状10-13
• 1.3.1 有限元分析技术应用现状10-12
• 1.3.2 结构优化设计技术的研究现状12-13
• 1.4 本课题研究的意义与目的13
• 1.4.1 课题研究意义13
• 1.4.2 课题研究目的13
• 1.5 本课题研究的主要内容13-14
• 1.6 本章小结14
• 参考文献14-16
• 第二章 弹性力学、有限元法等相关理论16-22
• 2.1 弹性力学基本方程16-18
• 2.2 有限元法18
• 2.3 静力学分析18-19
• 2.4 模态分析19-20
• 2.4.1 动力学方程和质量方程19-20
• 2.4.2 固有频率和主振型20
• 2.5 本章小结20-21
• 参考文献21-22
• 第三章 基于HYPERMESH的箱体有限元模型建立22-28
• 3.1 HYPERMESH相关介绍22
• 3.1.1 HyperMesh概述22
• 3.1.2 HyperMesh软件特点22
• 3.2 箱体三维模型导入HYPERMESH22-24
• 3.2.1 传动齿轮箱的三维建模22-24
• 3.2.2 几何模型的简化24
• 3.2.3 几何模型的导入24
• 3.2.4 HyperMesh几何清理24
• 3.3 箱体模型的HYPERMESH网格划分24-26
• 3.4 定义箱体材料属性26
• 3.5 本章小结26-27
• 参考文献27-28
• 第四章 基于HYPERMESH的箱体结构静力学分析28-39
• 4.1 前言28
• 4.2 传动齿轮箱工作情况分析28-31
• 4.2.1 齿轮箱传动系统构成28-29
• 4.2.2 齿轮箱工作载荷的确定29-31
• 4.3 在HYPERMESH环境下施加约束与载荷31-33
• 4.4 利用ANSYS作求解器进行计算33-34
• 4.4.1 ANSYS软件的应用33-34
• 4.4.2 HyperMesh格式导入ANSYS求解34
• 4.5 箱体静力学分析结果34-37
• 4.6 本章小结37
• 参考文献37-39
• 第五章 基于ANSYS的箱体结构模态分析39-49
• 5.1 ANSYS模态分析39-41
• 5.1.1 ANSYS模态分析流程39-40
• 5.1.2 ANSYS模态提取方法40-41
• 5.2 箱体自由模态分析41-44
• 5.2.1 箱体自由模态固有频率计算41-42
• 5.2.2 箱体自由模态主振型及分析42-44
• 5.3 箱体约束模态分析44-48
• 5.3.1 约束模态分析边界条件44
• 5.3.2 约束模态固有频率计算44-45
• 5.3.3 约束模态主振型及分析45-47
• 5.3.4 箱体约束模态分析结果47-48
• 5.4 本章小结48
• 参考文献48-49
• 第六章 基于ANSYS WORKBENCH的箱体结构优化49-59
• 6.1 基于ANSYS的优化设计49-50
• 6.1.1 ANSYS数学模型建立49
• 6.1.2 ANSYS优化方法49-50
• 6.1.3 ANSYS Workbench优化流程50
• 6.2 传动齿轮箱箱体优化设计50-53
• 6.2.1 建立优化模型50-51
• 6.2.2 箱体优化变量的确定51-53
• 6.3 传动齿轮箱箱体优化过程及结果分析53-57
• 6.4 本章小结57-58
• 参考文献58-59
• 第七章 总结与展望59-62
• 7.1 总结59
• 7.2 展望59-62
• 致谢62

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 段宝岩,陈建军;基于极大熵思想的杆系结构拓扑优化设计研究[J];固体力学学报;1997年04期

2 蔡文学,程耿东;桁架结构拓扑优化设计的模拟退火算法[J];华南理工大学学报(自然科学版);1998年09期

3 杜平安;有限元网格划分的基本原则[J];机械设计与制造;2000年01期

4 韩志仁,陶华,黄，

本文编号：1058134