基于ANSYSWorkbench的ATB260減速器箱體模態(tài)分析

1、    基于ansysworkbench的atb260減速器箱體模態(tài)分析    東偉摘 要：利用有限元分析軟件ansys workbench對車載鉆機(jī)atb260角齒輪傳動箱進(jìn)行模態(tài)分析，將仿真所得到的固有頻率與箱體主要激勵頻率比較，得到箱體不會發(fā)生共振的結(jié)論，通過其振型觀察到箱體動力學(xué)特性的薄弱部位，為后續(xù)該類箱體的研究與改進(jìn)提供參考依據(jù)。關(guān)鍵詞：atb260；ansys workbench；模態(tài)分析：tb：adoi：10.19311/ki.1672-3198.2016.33.1920 引言減速器箱體的傳統(tǒng)類比、經(jīng)驗(yàn)設(shè)計往往在強(qiáng)度、剛度等靜力學(xué)特性方面

2、給予很好的保證，但是在其工作運(yùn)轉(zhuǎn)中的動力學(xué)特性不能有很好的預(yù)測。減速器箱體是一個彈性系統(tǒng)，當(dāng)受到外界激勵的時候會產(chǎn)生振動現(xiàn)象，那么在齒輪傳動的過程中齒輪嚙合接觸瞬間會產(chǎn)生沖擊，這個沖擊最終會通過軸及軸承傳遞到箱體上，從而引起箱體的振動，箱體振動反過來又會作用到軸和齒輪上，影響齒輪的對中性及齒輪嚙合精度，齒輪嚙合過程中嚴(yán)重受力不均，將加速齒輪的磨損。當(dāng)齒輪的嚙合頻率若是等同或者接近箱體的固有頻率時，整個減速器箱體就會產(chǎn)生共振現(xiàn)象，使整個系統(tǒng)的振動更加嚴(yán)重，同時也將產(chǎn)生很大的噪音，加速系統(tǒng)的疲勞損害，大大減小齒輪箱的壽命，甚至造成重大事故，影響工作生產(chǎn)，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。1 箱體的振源分析與計算減

3、速器在正常工作過程中，振動激勵可能來至于底座固定不緊、螺栓松動，傳動部件制造精度不良、部件相對位置裝配不當(dāng)?shù)热藶榭刂埔蛩?，但是其主要振動激勵一般來自于無法回避的齒輪嚙合接觸瞬間沖擊，已知該減速器最大輸入轉(zhuǎn)速為n1=1350r/min，主動齒輪齒數(shù)z1=26，則該減速器齒輪嚙合頻率為：f=n1×z160=n2×z260=585hz此嚙合頻率將成為減速器存在的主要共振激勵隱患。2 箱體模態(tài)分析2.1 實(shí)體模型的建立及網(wǎng)格劃分本文利用三維建模軟件solidworks對箱體進(jìn)行實(shí)體建模，并將對后續(xù)仿真分析精度影響不大，但是嚴(yán)重影響分析計算速度的螺栓孔、倒角、窺視孔等局部小特征進(jìn)行了

4、簡化；為了便于仿真分析的實(shí)施，將上下箱體合并成一個獨(dú)立的實(shí)體零件，然后將零件導(dǎo)入到ansys workbench軟件中進(jìn)行網(wǎng)格的劃分，該箱體結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，網(wǎng)格單元適合選用對復(fù)雜結(jié)構(gòu)適應(yīng)性強(qiáng)的4節(jié)點(diǎn)四面體單元，對于這類復(fù)雜結(jié)構(gòu)，通過比較分析，最適合采用solid187單元類型，單元尺寸控制在約5mm以內(nèi)。該減速器箱體材料屬性如表1所示。2.2 邊界條件的確定及模態(tài)分析鑒于本減速器安裝的狀況，為了使箱體分析結(jié)果接近實(shí)際工況，這里將對箱體下底面進(jìn)行全約束。箱體結(jié)構(gòu)的動態(tài)特性一般主要由其低階模態(tài)所決定，這里選擇箱體結(jié)構(gòu)的前4階分析結(jié)果進(jìn)行研究。在ansys workbench提供了7種不同的模態(tài)提取方

5、法中，選擇適合本箱體特征的block lanczos（分塊蘭索斯法）進(jìn)行求解。分析得到了前4階箱體模態(tài)仿真結(jié)果如下圖1所示，前4階振型特征描述如下表1所示。2.3 結(jié)果分析由振動穩(wěn)定性的判斷準(zhǔn)則可知，防止箱體發(fā)生共振現(xiàn)象應(yīng)使箱體的固有頻率和齒輪嚙合頻率錯開。這里假設(shè)箱體的固有頻率為fr，激振源（齒輪的嚙合頻率）為f，那么一般應(yīng)滿足f<0.85fr或f>1.15fr；由上述計算與仿真結(jié)果知f=585hz，fr主要處于210420hz之間，滿足上述條件，該齒輪箱體將不會發(fā)生共振現(xiàn)象。3 結(jié)論由上述激勵振源的激勵頻率與仿真結(jié)果得到的箱體固有頻率相比較得知，atb260減速器箱體不會發(fā)生共

6、振現(xiàn)象。觀察振型圖可知該箱體主要表現(xiàn)為局部的彎曲振動，其中箱體中間錐齒輪的輸入端軸承座及上箱蓋為主要的變形部位，應(yīng)適當(dāng)加強(qiáng)，尤其是中間錐齒輪的輸入端軸承座部位，變形將直接影響齒輪的傳動的穩(wěn)定性，該軸承座上端由于結(jié)構(gòu)限制處于懸空狀態(tài)對振動的抵抗較弱，因此該部位應(yīng)該引起重視，可考慮加厚或者在兩側(cè)增加肋板的方式增強(qiáng)支撐。參考文獻(xiàn)1張晉偉.4125a型柴油機(jī)曲軸結(jié)構(gòu)有限元動力分析d.西安：西北農(nóng)林科技大學(xué)，2009.2劉宏梅.大功率礦用減速箱體優(yōu)化設(shè)計d.阜新：遼寧工程技術(shù)大學(xué)，2006.3尹躍峰.新型盤輥破碎機(jī)的研制及其關(guān)鍵部件特性研究d.鄭州：鄭州大學(xué)，2013.4pietro salvini，francesco vivio.dynamic reduction strategies to extendmodal analysis app