基于有限元分析法的减速器的优化设计解读

基于有限元分析法的减速器的优化设计

采煤机截割减速器是动力源与工作装置之间的联接部分,承受着较大的力的传递作用。其工作环境的恶劣性和产品设计的复杂性导致其常常出现因产

品设计的不合理而导致的减速器齿轮箱共振破坏或应力破坏现象发生。因此,应用动力学有关方法对齿轮箱体进行动态特性分析及优化设计已成为一个重要研

究课题。随着计算机技术和计算力学、计算数学等理论的发展,计算机辅助工程分析(CAE)越来越受到工程设计人员的重视。其中有限元技术又是CAE的关键技术。因此,将有限元技术应用到新产品的研发设计上,用先进的设计方法指导产

品的结构设计,使其在满足强度和刚度要求的前提下达到质量、体积的最优化,

目前已经是可行的,甚至是必然的设计方法。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。本论文以某厂研制的新型采煤机截割

减速器齿轮箱为研究对象,应用有限元方法分析该齿轮箱体的动态特性,力图减

轻其设计缺陷将可能引起的共振破坏或应力破坏现象发生,并以箱体的重量最轻为目标,进行满足静刚度和强度条件下的箱体参数优化,以期达到产品优化设计

要求。本文将开展如下研究,第一章主要提出课题的选题背景及意义,统观目前

国内外的有关齿轮箱的研究成果,提出自己的研究方法和内容;第二章基于有限

元方法的数学机理及其应用方法,在AWE (ANSYS Workbench Environment)环境

下对减速器齿轮箱体进行有限元静力学分析,通过箱体的应力分布云图和位移分布云图分析齿轮箱体的刚度和强度,以期通过改变箱体厚度参数以达到减重优化的目的;第三章应用三维建模软件Pro/E的强大建模功能建立起减速器齿轮箱的CAD模型,通过它与有限元分析软件间ANSYS Workbench之间的无缝接口导入并

对其进行动态特性分析。通过箱体模态分析以得到箱体结构的固有频率和各阶

振型等模态参数。并从动态设计角度,提出相应改进措施;第四章对该减速器齿

轮箱进行参数优化设计。并在前面进行的有限元分析的基础上,以对箱体结构影响较大的几个参数为变量进行优化分析。以期达到减重优化的目的;第五章应用拓扑优化方法对减速器齿轮箱主箱体进行结构优化研究,根据结果提出主箱体修改意见。

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