基于ANSYS的对数螺旋锥齿轮装配体的模态分析

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螺旋锥齿轮具有传动效率高，传动比稳定，承载能力高，传动精度高，低噪声等优良的.1生能，已广泛应用在航空，汽车，船舶，工程机械等许多工业领域。对数螺旋锥齿轮是-种新型的螺旋锥齿轮，将对数螺旋线成功地应用为螺旋锥齿轮齿向线，对数螺旋线具有其独特的优良特l生，同-条对数螺旋线上螺旋角处处相等，能够满足沿齿向线上各点的螺旋角处处相等，可以实现等螺旋角啮合，试图解决当前螺旋锥齿轮传动中存在的不同啮合点处的螺旋角不等带来的动jl丁传递效率低、传动不平稳等缺点。由于其独特的优点，对数螺旋锥齿轮能够更好的适应现代机械设备的高速、重载的运转。对数螺旋锥齿轮在工作的过程中接触睛况比较复杂，并且由于内、外激励的作用将会产生振动。其中共振是使齿轮副产生疲劳破坏以及完全失效的-种常见形式，其原因就在于内、外激励的频率与该齿轮系统的固有频率较为接近。因此，对对数螺旋锥齿轮系统进行实际工况条件下的模态分析十分必要，得到该齿轮系统的固有频率，并旧能的使工况条件避开齿轮系统的频率范围，或者尽量降低对这些频率的激励，最大限度的降低齿轮系统的振动～采用 ANSYS有限元分析软件对对数螺旋锥齿轮的装配体进行有预应力的模态分析，求解出对数螺旋锥齿轮系统的前十阶的固有频率和振型。

2模态分析的理论基础由弹性力学可知 ，通用的齿轮系统运动方程为 ：[肘] [c] [ ] t]式中：[ ]-齿轮的质量矩阵；[c-阻尼矩阵；[K-刚度矩阵； -对数螺旋锥齿轮的位移向量；它的-阶导 -对数螺旋锥齿轮振动的速度向量 ；二阶导 ～对数螺旋锥齿轮振动的加速度向量；F(t)-对数螺旋锥齿轮所受的外界载荷向量。

若不施加外力的隋况下， )：0，则此时得到系统的自由振动方来稿 日期：2012-07-Ol基金项目：内蒙古 自然科学基金(2m 1MS0702)作者简介：李 强，(1963-)，男，内蒙古人，教授，硕士生导师，博士学位，主要研究方向：装备制造业信息化机 械 设计 与 制造No。5Mav 20l 3图5第六阶振型图图6第七阶振型图Fig.6 Mode of Vibration of the Seventh Order3结论采用-种新的有预应力模态分析方法，运用了ANSYS对对数螺旋锥齿轮的装配体进行了有预应力的模态分析，这种新方法要比传统的对单个齿轮进行线性模态分析方法更加符合对数螺旋锥齿轮高速、重载的实际工况。通过求解单齿啮合状态和双齿啮合状态下固有频率，从而分析得到了对数螺旋锥齿轮系统在高速旋转时固有频率的范围，与实际工况进行比较，可以更准确的判断出在实际T作中对数螺旋锥齿轮系统是否会产生共振，模态分析的结果将为其提供依据。避免产生共振的措施就是应旧能的使外界激励的频率与该齿轮系统的固有频率范围错开，由于对数螺旋锥齿轮齿轮比(上接 第 193页 )图7样机与现有电机效率随转矩变化对比曲线Fig.7 Prototype and the Existing Motor Eficiency withthe Torque Change Contrast Curve5结论对低压大电流永磁直流电机的结构进行优化设计 ，通过将控制电机正反转的方向控制器与电机本体有机结合起来，减少了连接部分，降低了电机损耗，提高电机 作效率；通过电磁计算软件优化电机本体结构；通过对比试验，即对比样机与现有电机的其他齿轮的结构复杂、外界激励形式多样，可以使模态分析的结果作为对该齿轮结构的合理设计的重要依据，同时模态分析的结果也可以为该齿轮结构的故障诊断以及其他动力学分析奠定基础。