齿轮模态分析
基于ANSYS的齿轮静力学分析及模态分析
学号:08507019⑧还比衣林弟妆大学20：U届本科生毕业论文（设计）题目：基于ANSYS的齿轮模态分析学院（系）：机械与电子工程学院专业年级：机制072班______________学生姓名: 何旭栋指导教师:合作指导教师:完成日期：2011-06-第一章绪论........................................................................ -1 - 1.1课题的研究背景和意义......................................................... -1 - 1.2齿轮弯曲应力研究现状......................................................... -1 - 1.3齿面接触应力研究现状 ........................................................ -2 - 1.4齿轮固有特性研究现状......................................................... -2 - 1.5论文主要研究内容............................................................. -3 - 第二章齿轮三维实体建模............................................................ -3 - 2.1三维建模软件的选择.......................................................... -3 - 2.2齿轮参数化建模的基本过程..................................................... -4 - 2.3利用pro/e对齿轮进行装配..................................................... -5 - 第三章齿轮弯曲应力有限元分析..................................................... -6 - 3.1齿轮弯曲强度理论及其计算 .................................................... -6 -3. 1. 1齿轮弯曲强度理论......................................................... -6 -3. 1. 2齿形系数的计算方法....................................................... -7 - 3.2齿轮弯曲应力的有限元分析..................................................... -8 -3.2. 1选择材料及网格单元划分 .................................................. -8 -3. 2. 2约束条件和施加载荷....................................................... -8 -3.2.3计算求解及后处理......................................................... -9 - 3.3齿轮弯曲应力的结果对比...................................................... -12 - 第四章齿轮接触应力有限元分析.................................................... -13 -4.1经典接触力学方法........................................................... -13 - 4.2接触分析有限元法思想........................................................ -14 - 4.3 ANSYS有限元软件的接触分析................................................. -16 -4.3. 1 ANSYS的接触类型与接触方式............................................ -16 -4.3. 2 ANSYS的接触算法...................................................... -16 - 4.4齿轮有限元接触分析.......................................................... -17 -4.4. 1将Pro/E模型导入ANSYS软件中 ....................................... -17 -4.4.2定义单元属性和网格划分................................................ -17 -4.4.3定义接触对............................................................ -18 -4.4.4约束条件和施加载荷.................................................... -18 -4.4. 5定义求解和载荷步选项................................................ -19 -4.4.6计算求解及后处理...................................................... -19 - 4.5有限元分析结果与赫兹公式计算结果比较 .................................... -21 - 第五章齿轮模态的有限元分析...................................................... -22 -5.1模态分析的必要性........................................................... -22 - 5.2齿轮的固有振动分析.......................................................... -22 - 5.3模态分析理论基础............................................................ -22 - 5.4模态分析简介................................................................ -24 -5.4. 1模态提取方法........................................................... -24 -5. 4.2模态分析的步骤.......................................................... -25 - 5.5齿轮的模态分析........................................................... -25 -5.5. 1将Pro/E模型导入ANSYS软件中 ....................................... - 25 -5.5.2定义单元属性和网格划分............................................... -25 -5. 5.3加载及求解........................................................... -26 -5. 5.4扩展模态和模态扩展求解............................................... - 26 -5. 5. 5查看结果和后处理..................................................... -27 - 5.6 ANSYS模态结果分析...................................................... - 28 - 第六章全文总结与展望.......................................................... -31 -6. 1全文总结................................................................. -31 - 6.2本文分析方法的优点....................................................... -31 - 6.3本文缺陷及今后改进的方向................................................. -32 - 参考文献...................................................................... -33 - 附录1外文翻译................................................................ -34 - 附录2 GUI操作步骤............................................................ -41 - 致谢........................................................................... -45 -绪论第一章绪论1.1课题的研究背景和意义本文研究的对象是履带式拖拉机变速箱齿轮。
基于abaqus的齿轮模态分析
基于ABAQUS 的直齿圆柱齿轮模态分析余西伟（上海大学 机电工程与自动化学院，上海 200072）摘要:齿轮是最常用的零部件之一，起到了传递扭矩的作用。
为了研究齿轮固有频率和振型的影响因素，改善齿轮的动态特性，本文运用SolidWorks 三维建模软件建立齿轮建模，并运用ABAQUS 和振动分析理论对模型进行模态分析，用Lanczos 算法提取固有频率，得到齿轮的模态和振型，为优化齿轮的结构设计提供支持。
关键词:模态分析;ABAQUS;固有频率;振型Modal Analysis of Spur Gear Based on ABAQUS(School of Mechatronic Engineering and Automation, Shanghai University, Shanghai 200072, China)Abstract: T he gear is one of the most common parts, transferring the torque effect. In order to research the factors affecting the gear’s natural frequency and vibration mode and improving the dynamic characteristics.The gear model established by 3D model software SolidWorks was carried on modal analysis by the software ABAQUS and the vibration analysis theory. The modal andvibration model was extracted by using Lanczos algorithm ,providing support for the optimization design of gear.Key words: modal analysis; ABAQUS; natural frequency; vibration mode0引言齿轮是依靠齿的啮合传递扭矩的轮状机械零件。
基于Abaqus的齿轮传动系统模态分析
优化、设计等提供依据ꎮ
[Ｃ]、[Ｋ]均为对角矩阵ꎬ这就要求恰当地选择变换矩阵ꎮ 根
对于多自由度无阻尼自由振动系统ꎬ其运动方程为:
[ Ｍ] { ｘ¨ } ＋ [ Ｋ] { ｘ} ＝ {０}
直齿圆柱齿轮不同模态下的振型实验分析
直齿圆柱齿轮不同模态下的振型实验分析1. 引言1.1 研究背景直齿圆柱齿轮是常见的机械传动元件，广泛应用于工业生产中。
随着工业化的发展，直齿圆柱齿轮的设计和制造要求越来越高，而其振动特性对于整个传动系统的稳定性和性能起着至关重要的作用。
对直齿圆柱齿轮在不同模态下的振型进行实验分析具有重要的理论和实际意义。
针对直齿圆柱齿轮不同模态下的振型实验分析具有重要的研究意义和实际应用价值。
通过本次研究，我们将深入探讨直齿圆柱齿轮在振动特性上的表现，为提高直齿圆柱齿轮的工作效率和稳定性提供理论支持和实践指导。
1.2 研究目的本研究的目的是通过实验分析直齿圆柱齿轮在不同模态下的振型特性，为进一步优化齿轮设计和减少振动噪声提供理论依据。
通过研究不同模态下的振型特性，可以更全面地了解直齿圆柱齿轮的振动行为，为工程实践中的齿轮设计与振动控制提供重要参考。
通过实验分析直齿圆柱齿轮不同模态下的振型，可以为相关理论研究提供验证，促进齿轮传动领域的发展。
通过本研究，希望能够为提高直齿圆柱齿轮传动的可靠性和稳定性，降低噪声和振动水平，提供有效的技术支持和理论指导。
1.3 研究意义直齿圆柱齿轮作为传动装置中常用的零部件，其振动性能直接影响到整个机械系统的稳定运行。
通过对直齿圆柱齿轮不同模态下的振型实验分析，可以深入了解其振动特性，为进一步优化设计和改进工艺提供重要参考。
研究直齿圆柱齿轮振型的实验分析，有助于提高机械系统的传动效率、减小能源消耗，同时也可以降低设备维护成本，提高设备的使用寿命。
通过对不同模态下的振型进行分析与对比，可以更好地指导工程实践，提高直齿圆柱齿轮的传动效率和可靠性，为工程领域的发展贡献力量。
本研究具有重要的理论和实践意义，对于推动机械传动领域的发展具有积极的推动作用。
2. 正文2.1 直齿圆柱齿轮的基本原理直齿圆柱齿轮是一种常见的传动元件，其基本原理是通过两个相互啮合的齿轮，将动力从一个轴传递到另一个轴。
直齿圆柱齿轮的啮合齿轮齿数、模数、压力角等参数会直接影响到传动系统的传动比、传动效率和传动稳定性。
基于ANSYS的减速器斜齿_直齿圆柱齿轮的模态分析_陈淑玲
基于ANSYS的减速器斜齿_直齿圆柱齿轮的模态分析_陈淑玲减速器是一种常见的传动装置，用于调节旋转速度和输出扭矩。
其中，斜齿和直齿圆柱齿轮是减速器中常见的传动元件。
为了提高减速器的可靠性和使用寿命，对其进行模态分析十分重要。
本文将基于ANSYS软件，对减速器中的斜齿和直齿圆柱齿轮进行模态分析，以评估其振动特性和在工作过程中的可靠性。
模态分析是结构动力学的一种分析方法，通过计算和分析结构体系的固有振动频率和模态形式，可以了解结构的振动特性、动力响应以及自由振动和迫振动下的振动形态等信息。
首先，我们需要准备减速器的结构模型。
利用CAD软件绘制减速器的斜齿和直齿圆柱齿轮的三维模型，并保存为.STEP或者.IGES等与ANSYS兼容的格式。
接下来，打开ANSYS软件，通过“Geometry”模块导入保存的减速器模型。
然后，根据需要设置几何尺寸、材料属性和约束条件等。
在完成几何和材料属性的设置后，选择“Modal”模块进行模态分析。
首先，选择减速器结构模型，并设置模态分析的参数，包括求解器类型、分析类型（自由振动或迫振动）、模态数目等。
在求解过程中，ANSYS会自动计算减速器的固有频率和振动模态形式。
通过分析得到的模态结果，可以了解减速器在不同频率下的振动形态和相应的振动模态。
最后，根据模态分析结果，可以评估减速器的振动特性，包括主频率、模态形式、振动幅值等。
如果存在与工作频率相接近的主频率，可能会导致共振现象，从而影响减速器的正常工作。
在设计和使用减速器时，需要根据模态分析结果合理地选择材料和结构参数，以提高减速器的可靠性和使用寿命。
综上所述，基于ANSYS的减速器斜齿和直齿圆柱齿轮的模态分析是评估减速器振动特性和可靠性的重要方法。
通过模态分析，可以了解减速器在不同频率下的振动形态和相应的振动模态，并根据分析结果合理地选择材料和结构参数，以提高减速器的可靠性和使用寿命。
圆柱齿轮模态分析
圆柱齿轮模态分析题目：对图1-1所示的一简化齿轮模型进行模态分析，要求确定齿轮的低阶固有频率。
然后扩展模态，求出各阶模态的相对应力值、相对应变值和相对位移值。
另外齿轮的齿根部分是该圆周的2/3，齿端部分是该圆周的2/7，齿数是24，齿顶与齿根看做圆弧，齿面看做直线，齿轮厚0.2m，弹性模量为2x1011Pa，泊松2比为0.3，密度为7.8x103Kg/m3。
其中内圆孔R=1.0，齿根圆R=1.8，齿顶圆R=2.1。
图1-1 齿轮简化模型1.定义工作文件名和工作标题(1) 定义工作文件名：执行Utility Menu>Change Jobname 命令，弹出【Change Jobnme】对话框。
输入“Cylinder gear”并选择【New log and error files】复选框，单击“OK”按钮。
(2)定义工作标题：执行Utility Menu>File>Change Title命令，弹出【Change Title】对话框。
输入“The model Analysis of Cylinder gear”，单击“OK”按钮。
2.定义单元类型和材料属性(1) 设置单元类型：执行Main Menu>Preprocessor>Element Type> Add/Edit/Delete 命令，弹出【Element Types】对话框。
单击“Apply”按钮，弹出如图1-2所示的【Library of Element Types】对话框。
选择“Solid”和“10node 92”选项。
图1-2【Library of Element Types】(2) 设置材料属性：执行Main Menu> Preprocessor>Material Props>Material Models，弹出如图1-3的【Define Material Models Behavior】对话框。
ANSYS循环对称结构模态分析实例-简化齿轮的模态分析
循环对称结构模态分析实例－简化齿轮的模态分析一、问题描述该实例是对一个简化的齿轮模型的模态分析。
齿轮在几何形状上具有循环对称的特征，因此在对其做模态分析时可以采用循环对称结构模态分析的方法。
要求确定齿轮的低阶固有频率。
已知的几何数据参见分析过程中的定义，材料特性数据如下：杨氏模量=2×108N/m2泊松比=0.3密度=7.8×10-6N/m3二、GUI方式分析过程第1 步：指定分析标题1.选取菜单途径Utility Menu>File>Change Title2.输入文字“Modal analysis of a Gear”，然后单击OK。
第2 步：定义单元类型1.选取菜单途径Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete。
Element Types对话框将出现。
2.单击Add。
Library of Element Types对话框将出现。
3.在左边的滚动框中单击“Structural Shell”。
4.在右边的滚动框中单击“Elastic4node63”。
5.单击Apply。
6.在左边的滚动框中单击“Structural Solid”。
7.在右边的滚动框中单击“Brick8node45”。
8.单击OK。
9.单击Element Types对话框中的Close按钮。
第3 步：指定材料性能1.选取菜单途径Main Menu>Preprocessor>Material Props>-Constant-Isotropic。
Isotropic Material Properties对话框将出现。
2.在OK上单击以指定材料号为1。
第二个对话框将出现。
3.输入EX为2E8。
4.输入DENS为7.8e-6。
5.输入NUXY为0.3。
6.单击OK。
第4 步：定义建模所需的参数1.选取菜单途径Utility Menu>Parameters>Scalar Parameters。
齿轮箱模态分析和结构优化方法研究
齿轮箱模态分析和结构优化方法研究齿轮箱模态分析和结构优化方法研究摘要：齿轮箱作为一种重要的传动装置，在机械工程中应用广泛。
为了提高齿轮箱的工作性能和可靠性，对其进行模态分析和结构优化是非常必要的。
本文主要探讨了齿轮箱的模态分析方法和结构优化方法，并通过数值模拟和实验验证了这些方法的有效性。
1. 引言齿轮箱作为传动装置的核心组成部分，承担着传递动力和扭矩的重要任务。
在工作过程中，齿轮箱会受到一系列的载荷作用并产生振动。
为了确保齿轮箱的正常运行和延长其使用寿命，需要对其模态进行分析，并通过结构优化提高其工作性能。
2. 齿轮箱模态分析方法齿轮箱的模态分析是通过求解其固有频率和振动模态来了解其振动性能的方法。
常用的模态分析方法包括有限元法、模态实验法和解析法等。
2.1 有限元法有限元法是目前使用最广泛的齿轮箱模态分析方法之一。
该方法将齿轮箱划分为有限个小单元，并在每个单元上建立数学模型，采用数值计算方法求解其固有频率。
通过有限元法，可以快速获得齿轮箱的振动模态，并了解其受力情况和固有频率。
2.2 模态实验法模态实验法是通过实际的振动测试来求解齿轮箱的振动模态。
该方法需要在实际装置上进行加速度传感器的布置和振动测试，通过测量、分析和处理振动信号，得到齿轮箱的固有频率。
模态实验法可以直接反映出齿轮箱在实际工作中的振动情况，具有较高的准确性。
2.3 解析法解析法是通过建立齿轮箱的数学模型，采用解析的方法求解其固有频率和模态。
该方法需要分析齿轮箱的几何形状、材料特性和载荷条件等，通过解析计算得到振动模态。
解析法可以提供精确的解析结果，但对模型的假设和简化要求较高。
3. 齿轮箱结构优化方法针对齿轮箱在模态分析过程中产生的问题，可以通过结构优化方法对其进行优化，提高其工作性能和可靠性。
3.1 结构材料优化结构材料的选择对齿轮箱的模态和振动特性有重要影响。
通过优化选择齿轮箱的结构材料，可以改善其载荷传递性能和抗振动能力。
基于UG的某行星齿轮流量计齿轮系统的模态分析
基于UG的某行星齿轮流量计齿轮系统的模态分析UG软件作为广泛应用于机械设计和制造领域的软件平台，为工程师提供了全面的设计、分析和仿真功能。
本文将基于UG软件对某行星齿轮流量计齿轮系统进行模态分析，并深入探讨齿轮系统的性能。
行星齿轮流量计是一种常用于测量液体或气体体积流量的装置，而齿轮系统是其核心部件之一。
本设计采用了行星齿轮系统，由一组内啮合于齿轮挂架周边的小齿轮与一组密合外啮合的大齿轮构成，并通过转动传递动力。
齿轮系统的稳定性和运行效率对流量计的性能有着至关重要的影响。
在基于UG软件进行模态分析前，首先需要建立模型。
采用Solid Edge软件建立了整个行星齿轮流量计的三维模型，并将该模型导入到UG平台进行分析。
在建立模型时，需要注意每个齿轮之间的啮合配合尺寸与公差要求，以保证齿轮系统的运转稳定。
模态分析主要是对齿轮系统的振动响应情况进行分析。
在UG的求解过程中，将根据齿轮系统的自由度及其几何结构、材料属性、质量等因素，计算系统在某一特定条件下的固有频率和固有振型。
通常情况下，系统的前几个固有频率相对最低的自然频率决定了某些环节的构建机件的准则。
根据计算结果，可以对设计进行优化和改进，从而提高齿轮系统的稳定性和运行效率。
该行星齿轮流量计齿轮系统经模态分析计算，得到了其前三阶模态振型和频率。
在分析过程中，发现齿轮系统存在较为明显的固有频率，并且共振振动趋势明显，震荡范围也比较广泛。
在实际应用中，如果行星齿轮流量计的齿轮系统运转时发现存在这样的问题，就需要对设计加以优化，以避免共振引起的机械故障。
在行星齿轮流量计齿轮系统中，行星齿轮是一个重要的组件，其优化设计将对系统的动力学性能产生显著影响。
通过调整行星齿轮半径、齿轮数和轴向距等参数，可以改变系统的自振频率和响应性能，从而优化齿轮系统的作用性能。
总之，基于UG软件进行的行星齿轮流量计齿轮系统模态分析极大地提升了该系统的稳定性和运行效率，为其在实际工程应用中提供了强有力的保障。
直齿圆柱齿轮不同模态下的振型实验分析
直齿圆柱齿轮不同模态下的振型实验分析直齿圆柱齿轮是一种常见的机械传动元件，广泛应用于各种工程领域。
在实际工程中，为了保证齿轮的可靠性和稳定性，对其振动特性进行分析和实验研究是非常重要的。
本文将针对直齿圆柱齿轮不同模态下的振型进行实验分析，通过实验研究来探讨不同模态下的振动特性，为工程实践提供理论指导和技术支持。
一、直齿圆柱齿轮振动特性分析直齿圆柱齿轮在工作过程中会产生振动，主要包括轴向振动、径向振动和周向振动。
这些振动会导致齿轮的噪音和损耗，影响传动系统的性能和使用寿命。
对直齿圆柱齿轮的振动特性进行分析是非常重要的。
1. 轴向振动轴向振动是指齿轮在轴向方向上产生的振动，其主要受到齿轮的轴向载荷和齿轮轴向刚度的影响。
轴向振动会导致齿轮齿面的磨损和疲劳，降低传动效率，因此对其进行分析和控制是非常必要的。
二、不同模态下的振型实验分析为了对直齿圆柱齿轮不同模态下的振型进行实验分析，我们搭建了一套齿轮振动实验平台，通过实验手段来获取不同模态下的振动特性数据，并进行分析。
1. 实验平台搭建我们在实验室搭建了一套齿轮振动实验平台，该平台包括齿轮传动系统、传感器、数据采集系统和振动分析软件。
通过该平台，我们可以实现对齿轮振动特性的实时监测和数据采集，为后续的振型分析提供必要的数据支持。
2. 实验过程3. 实验结果分析通过实验数据的分析，我们发现不同模态下的直齿圆柱齿轮振动特性存在着一定的差异。
在轴向振动方面，不同模态下的振动频谱存在着明显的特征频率，这与不同模态下的轴向载荷和齿轮刚度有关。
在径向振动和周向振动方面，不同模态下的振动波形和频谱图也存在着一定的差异，这与不同模态下的径向载荷和周向载荷有关。
三、总结未来，我们将继续深入研究直齿圆柱齿轮的振动特性，提高实验平台的技术水平，进一步完善实验方法和数据分析技术，为工程实践提供更加可靠的理论和技术支持。
我们还将结合实际工程案例，进一步验证实验结果的有效性，为工程实践提供更加全面的技术支持。
齿轮系统的接触模态分析
轴向位移，保留圆周方向的自由度；输入轮
是驱动轮，施加绕中心轴线旋转的角速度
-338.98rad/s；太阳轮安装孔的节点上同样约 束径向和轴向位移，同时在节点上施加切线
方向的节点力 Fy：
Fy=-
输入转矩
=
内圈节点数 ×中心孔半径
-531.2N
(5)
Fy 为负值，即太阳轮的负载转矩是顺
时针方向，加载后的效果如图 1 所示
行星齿轮传动被广泛应用于装甲车 先是在考虑接触特性的情况下做静态非线
辆，一般在高速重载、频繁启动工况下工作， 性分析，获得在静态载荷作用下的应力，然
在此工作环境下，有必要分析齿轮系统的固 后把得到的应力以附加刚度的形式叠加到
有振动频率。在设计齿轮系统时不但要考虑 系统的刚度矩阵上，在不考虑接触的条件下
[2] 吴志强，陈予恕.非线性模态的 分类和新的求解方法．力学学 报.1996.28
[3] 陈予恕，吴志强.非线性模态理 论的研究进展.力学进 展.1997.27
[4] 李欣业，陈予恕，吴志强.非线 性模态理论及其研究进展.河北 工业大学学报.2004.33
[5] 白润波,曹平周,曹茂森,陈建锋. 基于优化—反分析法的接触刚 度因子的确定. 建筑科 学.2008.1
discussed. Considering the non-linear contact，the static stress analysis is done the stress above
is imposed on the system rigid matrix as additional stiffness.Finally,the gear system modal
3 行星齿轮系统有限元模型建立
齿轮传动轴的动态特性测试与模态分析
齿轮传动轴的动态特性测试与模态分析引言齿轮传动系统在机械装置中扮演着关键的角色，它通过齿轮的相互啮合传递力与运动。
在实际应用中，齿轮传动轴的动态特性对于确保传动系统的稳定性、可靠性以及寿命都起着至关重要的作用。
本文将深入探讨齿轮传动轴的动态特性测试与模态分析，以提供对传动系统性能优化的基础理论和实践指导。
一、齿轮传动轴动态特性的测试方法1. 强制激励法强制激励法是一种常用的齿轮传动轴动态测试方法，它通过对传动轴施加特定的荷载或力矩，从而观察其自由振动状态下的响应特性。
一般情况下，引入外加力或力矩后，通过合适的传感器采集传动轴的振动响应信号，并将其转化为频谱图分析，可以获得传动轴在不同激励条件下的振动模态。
2. 自由振动法自由振动法是另一种常用的齿轮传动轴动态测试方法，它在没有外界强制激励的情况下，通过对传动轴施加初速度或初位移，观察其自由振动过程中的响应特性。
测试时应尽量降低传动轴的阻尼，以减小振动信号的衰减，并采集振动响应信号进行频谱分析，进而得到传动轴的振动模态。
二、齿轮传动轴的模态分析1. 模态分析的基本原理模态分析是一种通过对某个结构或系统施加激励并测量其振动响应，来研究其特定振动模态的方法。
在齿轮传动轴的模态分析中，通过将传动轴固定在一端，施加激励并测量振动响应，可以得到传动轴的自由振动模态频率、振型和阻尼比等信息。
这些信息对于齿轮传动轴的动态特性和谐波分析等方面具有重要的意义。
2. 模态分析的步骤a. 激励源与传感器的安装：在模态分析实验中，需要选择合适的激励源，如锤击法、电磁激振器等，并通过传感器采集传动轴的振动信号。
传感器通常安装在传动轴的不同位置，以获取全面的振动模态信息。
b. 数据采集与处理：采集传感器测得的振动信号，并对其进行滤波和放大等处理。
通常使用频谱分析方法将时域信号转换为频域信号，得到传动轴不同频率上的振动响应特性。
c. 振型识别与模态提取：通过对频谱图的分析，可以识别出传动轴的振动模态，并提取出相应的模态参数，如频率、振型和阻尼比。
基于ANSYS的齿轮静力学分析及模态分析
基于ANSYS的齿轮静力学分析及模态分析齿轮是一种常用的机械传动装置，广泛应用于机械传动系统中。
在设计齿轮时，常常需要进行静力学分析和模态分析，以确保其性能和可靠性。
基于ANSYS软件的齿轮静力学分析和模态分析方法是一种常用的设计方法。
首先，进行齿轮静力学分析需要获取齿轮的几何参数和材料性质。
几何参数包括齿轮的齿数、模数、齿宽等，材料性质包括齿轮的材料弹性模量、泊松比等。
然后，使用ANSYS软件建立齿轮的三维有限元模型，并进行网格划分。
在建立完有限元模型之后，进行齿轮静力学分析。
首先要定义齿轮的边界条件和载荷情况。
边界条件包括固定约束和辅助约束，以模拟实际应用中的固定情况。
载荷情况包括齿轮的输入转矩和速度，以及传递给齿轮的负载。
然后，应用静力学方程，利用ANSYS软件进行静力学计算，得到齿轮的应力和变形分布情况。
通过齿轮静力学分析，可以评估齿轮的传动性能和承载能力。
根据分析结果，可以进行结构优化，以提高齿轮的性能和可靠性。
除了静力学分析，模态分析也是齿轮设计中的重要环节。
模态分析主要用于研究齿轮的固有振动特性。
通过模态分析可以确定齿轮的固有频率和振型，以及可能产生共振的模态。
在模态分析中，需要定义齿轮的材料性质和几何参数，建立三维有限元模型，并进行网格划分。
然后，通过ANSYS软件进行模态分析，得到齿轮的固有频率和振型。
通过模态分析，可以了解齿轮的振动特性和共振情况，以及可能导致振动问题的关键频率。
根据分析结果，可以采取措施来避免共振问题，提高齿轮的振动稳定性。
总的来说，基于ANSYS的齿轮静力学分析和模态分析方法可以帮助工程师了解齿轮的承载性能和振动特性，以指导齿轮的设计和优化。
这些分析结果对于提高齿轮的传动效率和可靠性非常重要。
因此，建议在齿轮设计过程中，尽量采用ANSYS软件进行静力学分析和模态分析，以确保设计的准确性和可靠性。
基于ABAQUS的减速器齿轮的模态分析
基于ABAQUS的减速器齿轮的模态分析
为了研究齿轮固有频率的影响因素，改善齿轮的动态特性，利用有限元软件ABAQUS和振动理论对齿轮进行模态分析，结果表明：第1~6阶，齿轮的振型主要是弯曲振动和扭转振动，在同阶的情况下，弹性模量越大，齿轮的固有频率越大，腹板的倒角越大，齿轮的固有频率越大，为齿轮动态优化设计提供可靠的参考依据。
减速器是原动机和工作机之间的一个独立闭式传动装置，用来降低转速和传递转矩，在工作过程中，减速器中的齿轮可能会由于机械振动而发出噪音，这样可能会降低齿轮的啮合精度和传递效率，从而影响减速器的使用寿命。
模态分析可以确定零件的固有频率和振型，使设计师在设计零件的时候，尽量使系统的工作频率和固有频率偏差较大，以防止共振，从而减少振动和噪音。
模态分析的最终目标是识别系统的模态参数，为系统的振动特性分析、振动故障诊断和预报以及结构动力特性的优化设计提供依据，是结构动态设计及故障诊断的重要方法。
本文利用有限元软件ABAQUS，对减速器中的齿轮进行模态分析，来确定不同阶数下齿轮的固有频率和振型，通过选择不同的材料以及齿轮的腹板倒角，来分析齿轮固有频率的变化趋势，从而为齿轮大的结构优化提供参考依据，避免齿轮在工作时候发生共振，从而减少噪音。
一、有限元模态分析理论
对于一般的多自由度结构系统而言，运动都可以由其自由振动的模态来合成。
有限元的模态分析就是建立模态模型进行数值分析的过程。
由于结构的阻尼对其模态频率及振型的影响很小，所以模态分析的实质就是求解具有限个自由度的无阻尼及无载荷状态下得运动方程的模态适量。
系统的无阻尼多自由。
齿轮系统有限元模态分析
齿轮系统有限元模态分析3重庆大学(重庆·400044) 陶泽光 李润方 林腾蛟 摘要 将齿轮系统划分为传统系统和结构系统两部分,通过轴承把两者耦合起来。
采用有限元方法,建立了实际单级齿轮减速器的有限元动力学模型,在工作站上用I-D EA S软件研究了该齿轮系统的固有特性,所得结果既后映了系统的动力学性能,又为齿轮系统的动态响应计算和分析奠定了基础。
关键词中国图书资料分类法分类号 TH132.41齿轮系统是由齿轮、轴、轴承和箱体等组成的机械结构,在内部和外部激励下将发生机械振动。
振动系统的固有特性,一般包括固有频率和振型,它是系统的动态特性之一,对系统的动态响应、动载荷的产生与传递以及系统振动的形式等具有重要的影响。
此外,固有特性还是用振型叠加法求解系统响应的基础。
然而,在齿轮系统的设计阶段,不能得到系统固有特性的实验数据,只能通过理论计算得到进行动力学分析的参数,目前最好的方法是有限元动力分析方法。
由于计算机软、硬件技术的发展,在设计阶段计算结构的固有特性已成为可能。
市面上有许多大型的商业化集成软件可供选择,如M SC NA STRAN,M A RC,AN SYS,I-D EA S等。
李连进、张维屏用NA STRAN软件计算了二级圆柱齿轮减速器的固有频率[1]。
N obuo T akatsu等通过子结构综合法研究了单级齿轮箱的传递函数[2],得到了齿轮箱的动态特性,但研究对象是一个简化了的齿轮箱。
他们所作的研究只是针对齿轮系统的一个部件,尚未见到对整个齿轮系统固有特性研究的报道。
本文分别建立了实际减速器的传动系统、结构系统和整个齿轮系统的有限元动力学模型,在工作站上用I-D EA S M aster Series T M6.0集成化软件求解了齿轮系统的固有频率和振型,较好地研究了齿轮箱的动态特性,并为箱体表面振动响应的预估作了必要的准备。
1齿轮系统分为传动系统(齿轮、传动轴)和结构系统(主要是箱体)两部分,通过轴承把两者耦合起来。
基于ANSYS的齿轮静力学分析及模态分析
基于ANSYS的齿轮静力学分析及模态分析齿轮是常用的动力传动装置，广泛应用于机械设备中。
在设计齿轮传动系统时，静力学分析和模态分析是非常重要的步骤。
本文将重点介绍基于ANSYS软件进行齿轮静力学分析和模态分析的方法和步骤。
1.齿轮静力学分析齿轮静力学分析旨在分析齿轮传动系统在静态负载下的应力和变形情况。
以下是基于ANSYS进行齿轮静力学分析的步骤：步骤1：几何建模使用ANSYS中的几何建模工具创建齿轮的三维模型。
确保模型准确地包含所有齿轮的几何特征。
步骤2：材料定义使用ANSYS的材料库定义齿轮材料的力学性质，例如弹性模量、泊松比和密度等。
步骤3：加载条件定义定义加载条件，包括对齿轮的力或力矩、支撑条件等。
加载条件应符合实际使用情况。
步骤4：网格划分使用ANSYS的网格划分工具对齿轮模型进行网格划分。
确保网格划分足够细致以捕捉齿轮的几何特征。
步骤5：模型求解使用ANSYS中的有限元分析功能对齿轮模型进行求解，得到齿轮在加载条件下的应力和变形分布情况。
步骤6：结果分析分析模型求解结果，评估齿轮的强度和刚度。
如果发现应力或变形过大的区域，需要进行相应的结构优化。
2.齿轮模态分析齿轮模态分析用于确定齿轮传动系统的固有频率和模态形态。
以下是基于ANSYS进行齿轮模态分析的步骤：步骤1：几何建模同齿轮静力学分析中的步骤1步骤2：材料定义同齿轮静力学分析中的步骤2步骤3：加载条件定义齿轮模态分析中，加载条件通常为空载条件。
即不施加任何外力或力矩。
步骤4：网格划分同齿轮静力学分析中的步骤4步骤5：模型求解使用ANSYS中的模态分析功能对齿轮模型进行求解，得到其固有频率和模态形态。
步骤6：结果分析分析模型求解结果，确定齿轮传动系统的固有频率和模态形态。
根据结果可以评估齿轮传动系统的动力特性和工作稳定性。
综上所述，基于ANSYS进行齿轮静力学分析和模态分析可以有效地评估齿轮传动系统的强度、刚度和动力特性。
这些分析结果对于优化齿轮设计和确保齿轮传动系统的正常工作非常重要。
ansys-齿轮模态分析
基于ANSYS 的齿轮模态分析齿轮传动是机械传动中最重要的传动部件，被广泛的应用在各个生产领域中，经常用在重要的场合；传动齿轮在工作过程中受到周期性载荷力的作用，有可能在标定转速发生强烈的共振，动应力急剧增加，致使齿轮过早出现扭转疲劳和弯曲疲劳。
静力学计算不能完全满足设计要求，因此有必要对齿轮进行模态分析，研究其振动特性，得到固有频率和主振型(自由振动特性)。
同时，模态分析也是其它动力学分析如谐响应分析、瞬态动力学分析和谱分析的基础。
本文运用UG 对齿轮建模并用有限元软件ANSYS 对齿轮进行模态分析，为齿轮动态设计提供了有效的方法。
1.模态分析简介由弹性力学有限元法，可得齿轮系统的运动微分方程为：[]{}[]{}[]{}{()}M X C X K X F t ++= （1）式中，[]M ，[]C ，[]K 分别为齿轮质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵；分别为齿轮振动加速度向量、速度向量和位移向量，{}X 、{}X 、{}X 分别为齿轮振动加速度向量、速度向量和位移向量，12{}{,,,}T n X x x x =；{()}F t 为齿轮所受外界激振力向量，{}12{()},,T n F t f f f =。
若无外力作用，即{}{()}0F t =，则得到系统的自由振动方程。
在求齿轮自由振动的频率和振型即求齿轮的固有频率和固有振型时，阻尼对它们影响不大，因此，可以作为无阻尼自由振动问题来处理[2]。
无阻尼项自由振动的运动方程为：[]{}[]{}0M X K X += （2） 如果令 {}{}sin()X t φωφ=+则有 2{}{}sin()X t ωφωφ=+代入运动方程，可得 2([][]){}0i i K M ωφ-= （3） 式中i ω为第I 阶模态的固有频率，i φ为第I 阶振型，1,2,,i n =。
2.齿轮建模 在ANSYS 中直接建模有一定的难度，考虑到其与多数绘图软件具有良好的数据接口，可以方便的转化，而UG 软件以其参数化、全相关的特点在零件造型方面表现突出，可以通过参数控制模型尺寸的变化，因此本文采用通过UG 软件对齿轮进行参数化建模，保存为IGES 格式，然后将模型导入到ANSYS 软件中的方法。
基于ANSYS齿轮轴的模态分析
图 5 简化网格模型
5 简化模型计算结果 计算得到前 6 阶的振型图如图 6 所示。 简化齿轮轴模型前 6 阶模态固有频率和振型如表 2。
表 2 简化模型前 6 阶固有频率与振型
阶数
固有频率/Hz
振型
1
0
绕 z 轴的转动
2.2 前处理 建模型导入到 ANSYS 中，采用 40Cr 材料弹性量 E= 2.11GPa，泊松比为 滋=0.277，质量密度为 籽=7.87伊103kg/m3 为进行网格划分，采用四面体单元逼近模型，生成 94068 个节点，60973 个单元，如图 2 所示。
图 2 网格模型
要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要
作者简介院荀向红（1967-），男，工程师，主要从事柴油机动力模 块的装配和试验工作。
排各缸均能正常发火，但 B 排总是不确定地出现个别气 缸喷油发火的情况，从而影响后续试验的进行。
1.1 原因分析 柴油机起动后怠速运行，此时应为 A 排单排工作，即 A 排各缸应正常喷油发火；而 B 排处于脱排状态，燃油供 油处于停车零位。针对出现个别气缸喷油发火的异常情 况，这就需要结合图 1 先对调速器的外部伺服系统各组件 的功能介绍一下。 1.2 调速器外部伺服系统各组件的功能 1.2.1 升压伺服器 如图 1 所示，起动时高压压缩空气淤进入升压伺服器 于底部的气腔，气腔中有一储压活塞和弹簧。压缩空气使 活塞克服弹簧压力而向上移动，并迫使活塞上部储存的滑 油经左侧出口流出升压伺服器，在这个过程中止回阀关闭 滑油进口。当起动过程完成后，压缩空气供应中断，弹簧压
关键词院故障现象曰原因分析曰故障点
0 引言 船用某 V 型柴油机起动采用单排起动方式，按下起 动按钮后，预供滑油泵被接通开始工作；同时，气缸停排装 置的二位三通电磁阀（Y18）得电，B 排燃油控制杆脱开，处 于停车零位。预供滑油泵建立必要的油压后，主起动阀自 动得电打开，高压压缩空气分别流向各缸起动阀、空气分 配器和升压伺服器。压缩空气由空气分配器控制，按发火 顺序经各缸起动阀进入 B 排气缸，驱动柴油机运转。启动 过程为 A 排单排供油发火，升压伺服器使滑油通过管路 和截止阀流入调速器，由调速器控制起动时的最大燃油供 油量。 1 故障现象一 在柴油机台架试验时，每次起动后怠速运行过程 A 要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要
圆柱齿轮模态分析
圆柱齿轮模态分析圆柱齿轮是一种常用的机械传动元件，常被用于工业机械、汽车、火车、船舶等各种设备中的动力传递。
在使用过程中，由于受到载荷作用和因制造和安装误差的影响，可能会出现振动和噪声等问题，影响到机械传动的正常运行和寿命。
因此，进行齿轮系统的模态分析和优化设计，对于提高机械传动的可靠性和稳定性，具有重要意义。
圆柱齿轮的模态分析方法基本上可以分为有限元分析和解析分析两类。
其中，有限元分析是通过建立圆柱齿轮的三维模型，并利用有限元软件进行分析和计算，得到圆柱齿轮的振动模态和频率响应等相关信息；而解析分析则是通过建立基于弹性效应的圆柱齿轮振动模型和求解其固有频率方程，得到圆柱齿轮的振动特性。
在进行圆柱齿轮的模态分析时，主要需要考虑以下几个方面。
1.圆柱齿轮的材料特性圆柱齿轮的振动响应是与其材料特性密切相关的。
因此，在进行模态分析之前，需要确定圆柱齿轮的材料特性，如模量、泊松比、密度等。
同时，还需要考虑到材料的非线性特性，如弹塑性、疲劳等，以便更加真实地反映圆柱齿轮的振动响应特性。
2.圆柱齿轮的几何结构和载荷特性几何结构和载荷特性是影响圆柱齿轮振动响应的重要因素。
在进行模态分析前，需要对圆柱齿轮的几何结构和载荷特性进行详细的描述和分析，如齿数、模数、齿廓、轴向载荷、径向载荷等。
同时，还需要对圆柱齿轮的制造和安装误差等因素进行考虑，以更加真实地反映圆柱齿轮的实际工作状态。
3.模态分析方法的选择模态分析方法的选择直接影响到圆柱齿轮振动响应的准确度和可靠性。
在进行模态分析时，需要根据具体情况选择合适的模态分析方法，如有限元分析或解析分析，以获得更加准确和实用的分析结果。
通过模态分析，可以得到圆柱齿轮的振动模态和频率响应等相关信息，如固有频率和振型等。
在进行分析时，需要对每个振动模态和频率进行详细的分析和解释，以便更好地理解圆柱齿轮振动的特性和机理。
综上所述，圆柱齿轮的模态分析是对机械传动可靠性和稳定性提高的关键，通过模态分析，可以更好地了解圆柱齿轮的振动响应特性和机理，从而指导优化设计和改进制造工艺，提高机械传动的性能和寿命。
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齿轮模态分析
1.改变工作名：定义文件目录
2.定义单元类型
（1）从主菜单Main Menu 中选择：Preferences->structual->OK，再Preprocessor -> Element Type -> Add/Edit/Delete 命令，将打开单元类型Element Type 对话框
（2）单击Add ，打开单元类型库Library of Element Types 对话框，在左边列表框中选择实体类型Solid ，在右边列表框中选择单元类型Brick 8node 45
3.定义材料属性
（1）从主菜单Main Menu 中选择：Preprocessor->Material Props->Material Models->Structural->Linear->Elastic->Isotropic输入2e11和0.3。
（2）Preprocessor->Material Props->Material Models->Structural->Density输入7800 .
4、建立关键点
Main Menu->Preprocessor->Modeling->create->Keypoints->In Active Plane
依次输入1（21.87e-3，0，0），2（22.82e-3,1.13e-3,0）,
3（24.02e-3,1.47e-3,0），4（24.62e-3,1.73e-3,0）,
5（25.22e-3,2.08e-3,0），6（25.82e-3,2.4e-3,0），
7(26.92e-3,3.23e-3,0), 8(27.11e-3,0,0).
5、建立曲线
Main Menu->Preprocessor->Modeling->Create->Lines->Splines->Spline thru KPs,依次拾取关键点2、3、4、5、6、7
6、镜像曲线Preprocessor->Modeling->Refiect->Lines,拾取曲线单击ok，选择X-Z plane Y，单击ok
7、生成圆弧
Main Menu->Preprocessor->Modeling->Create->Lines->Arcs->Through 3 KPs，先拾取2、10、1再拾取7、11、9
8、生成面
Main Menu->Preprocessor->Modeling->Create->Areas->Arbitrary->By Lines，拾取
前面建立的四条线
9、挤出实体
Main Menu->Preprocessor->Modeling->Operate->Extrude->Areas->By XYZ
Offset,依次输入0，8.412e-3，20e-3
10、复制阵列
更改坐标系Utility->Workplane->Change Active CS to->Global cylindrical 复制Main Menu->
Preprocessor->Modeling->Copy->V olumes，选取实体，点ok，输入24，360/24.
11、创建圆环实体
更改坐标系Utility->Workplane->Change Active CS to->Global Cartesian创建实体Main Menu->Preprocessor->Modeling->Create->V olumes->Cylinder->Partial Cylinder，依次输入0，0，10e-3，0，26.37e-3，360，20e-3
12、创建键实体
Main Menu->Preprocessor->Modeling->Create-> V olumes->Block->By Dimensions
输入-3e-3，3e-3，0，12.8e-3，0，20e-3
13、进行布尔运算建立齿轮
Main Menu->Preprocessor->Modeling->Operate->Booleans->Subtract->V olumes，先拾取圆环，点ok，再点击pick all
14、划分网格
Main Menu->Preprocessor->Meshing->Mesh Tool，选择Smart Size，9，设置Global size 0.002，划分网格mesh，拾取实体即可
15、定义约束
更改坐标系Utility->Workplane->Change Active CS to->Global cylindrical
应用Select选择Utility->Select->Entities…选择Nodes，By Location，X coordinates，输入0.01，Select All，OK施加约束Main Menu->Solution->Define Loads->Apply->Structural->Displacement->On Nodes，选择Pick all ，约束All DoF
16、确定分析类型
Main Menu->Solution->Analysis Type->New Analysis选择Modal
17、确定扩展数
Main Menu->Solution->Load Setp Opts->ExpansionPass->Single Expand->Expand Modes，改为5
18、求解
Main Menu->Solution->Solve
19、后处理，显示结果
Main Menu->General Postproc->Results Summary
列表显示分析结果
***** INDEX OF DATA SETS ON RESULTS FILE *****
SET TIME/FREQ LOAD STEP SUBSTEP CUMULATIVE
1 27459. 1 1 1
2 31821. 1 2 2
3 34858. 1 3 3
4 36254. 1 4 4
5 40086. 1 5 5
20.查看总变形
Main Menu->General Postproc->plot result->contour plot->nodel solu->nodel solution ->dof solution->displacement vector sum->ok。
五阶模态分析图如下
21.动态显示模态形状
Main Menu->plotctrls->Animate->mode shape.。