基于ANSYS的諧波齒輪柔輪的有限元模態(tài)分析①

徐玉升

摘 要：利用ANSYS軟件，建立了諧波齒輪的有限元分析模型。對(duì)諧波齒輪的柔輪進(jìn)行了有限元約束模態(tài)分析，通過(guò)分析得到了在工作狀態(tài)下的前十階模態(tài)變形圖。變載荷的激擾頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于各階的固有頻率，共振現(xiàn)象不會(huì)發(fā)生。

關(guān)鍵詞：有限元分析 模態(tài)分析 諧波齒輪

中圖分類號(hào)：TG156 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）05（a）-0032-01

模態(tài)分析主要用來(lái)研究研究結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性，是一種動(dòng)力學(xué)分析方法?？梢杂脕?lái)獲得機(jī)器中的振動(dòng)特性，比如振型或者固有頻率。由于機(jī)器中轉(zhuǎn)子的不平衡，很容易產(chǎn)生共振現(xiàn)象，使得機(jī)器的壽命不斷減少。由于振動(dòng)特性決定了結(jié)構(gòu)對(duì)動(dòng)力載荷的響應(yīng)情況，所以必須要對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行模態(tài)分析。從而獲得研究對(duì)象的固有頻率和振型，避免共振現(xiàn)象的發(fā)生[1]。

模態(tài)分析可以通過(guò)建立模型，施加約束和載荷并求解，模態(tài)的擴(kuò)展，約束及后處理等過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)[2]。

1 有限元模型的建立

本文利用Pro/ENGINEER來(lái)建立模型，然后將建好的模型再導(dǎo)入ANSYS中，建好的模型如圖1所示。對(duì)建好的模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，齒圈處的網(wǎng)格要比筒體的網(wǎng)格劃分的密度要大一些。

2 模態(tài)分析

由于柔輪的輪齒很小而且數(shù)量比較多，所以采用分塊蘭索斯法提取柔輪模態(tài)，以便提高計(jì)算效率[3]。

在通常情況下，低階模態(tài)下的固有頻率比高階模態(tài)下的固有頻率更容易發(fā)生共振。因此，只需要算出幾個(gè)低階模態(tài)即可。

首先在劃分好網(wǎng)格的有限元模型上施加約束，然后設(shè)置模態(tài)分析類型，模態(tài)擴(kuò)展和具體參數(shù)，最后進(jìn)行求解。最終得到柔輪前十階模態(tài)分析圖。本文只給出前三階，后七階略去。（見(jiàn)圖2～圖4）

3 結(jié)果分析

分析結(jié)果如表1所示，柔輪的前兩階模態(tài)的頻率相差不大，第三和第四階模態(tài)的固有頻率也十分相似，前四階的頻率分布非常合理。從第五階開(kāi)始頻率變化較大，有可能會(huì)產(chǎn)生共振，共振頻率為441.09 Hz。第八階則產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，導(dǎo)致固有頻率迅速變大。第十階為縱向振動(dòng)和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的合成。扭轉(zhuǎn)振動(dòng)會(huì)加速柔輪的疲勞損壞。

4 結(jié)論

本文對(duì)諧波齒輪的柔輪進(jìn)行了有限元模態(tài)分析，通過(guò)分析得到了在工作狀態(tài)下的前十階模態(tài)變形圖。分別分析了在各階狀態(tài)下的固有頻率的振型情況。對(duì)柔輪參數(shù)的改進(jìn)提供了理論依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1] 董慧敏，張曉青.基于實(shí)驗(yàn)建模的諧波齒輪傳動(dòng)柔輪的有限元分析研究[J].機(jī)械傳動(dòng)，2001，25（2）：16-20.

[2] 杜平安.有限元網(wǎng)格劃分的基本原則[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2000（2）：34-36.

[3] 付軍鋒.諧波齒輪傳動(dòng)中柔輪應(yīng)力的有限元分析[D].西北工業(yè)大學(xué)，2007.endprint

摘 要：利用ANSYS軟件，建立了諧波齒輪的有限元分析模型。對(duì)諧波齒輪的柔輪進(jìn)行了有限元約束模態(tài)分析，通過(guò)分析得到了在工作狀態(tài)下的前十階模態(tài)變形圖。變載荷的激擾頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于各階的固有頻率，共振現(xiàn)象不會(huì)發(fā)生。

關(guān)鍵詞：有限元分析 模態(tài)分析 諧波齒輪

中圖分類號(hào)：TG156 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）05（a）-0032-01

模態(tài)分析主要用來(lái)研究研究結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性，是一種動(dòng)力學(xué)分析方法?？梢杂脕?lái)獲得機(jī)器中的振動(dòng)特性，比如振型或者固有頻率。由于機(jī)器中轉(zhuǎn)子的不平衡，很容易產(chǎn)生共振現(xiàn)象，使得機(jī)器的壽命不斷減少。由于振動(dòng)特性決定了結(jié)構(gòu)對(duì)動(dòng)力載荷的響應(yīng)情況，所以必須要對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行模態(tài)分析。從而獲得研究對(duì)象的固有頻率和振型，避免共振現(xiàn)象的發(fā)生[1]。

模態(tài)分析可以通過(guò)建立模型，施加約束和載荷并求解，模態(tài)的擴(kuò)展，約束及后處理等過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)[2]。

1 有限元模型的建立

本文利用Pro/ENGINEER來(lái)建立模型，然后將建好的模型再導(dǎo)入ANSYS中，建好的模型如圖1所示。對(duì)建好的模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，齒圈處的網(wǎng)格要比筒體的網(wǎng)格劃分的密度要大一些。

2 模態(tài)分析

由于柔輪的輪齒很小而且數(shù)量比較多，所以采用分塊蘭索斯法提取柔輪模態(tài)，以便提高計(jì)算效率[3]。

在通常情況下，低階模態(tài)下的固有頻率比高階模態(tài)下的固有頻率更容易發(fā)生共振。因此，只需要算出幾個(gè)低階模態(tài)即可。

首先在劃分好網(wǎng)格的有限元模型上施加約束，然后設(shè)置模態(tài)分析類型，模態(tài)擴(kuò)展和具體參數(shù)，最后進(jìn)行求解。最終得到柔輪前十階模態(tài)分析圖。本文只給出前三階，后七階略去。（見(jiàn)圖2～圖4）

3 結(jié)果分析

分析結(jié)果如表1所示，柔輪的前兩階模態(tài)的頻率相差不大，第三和第四階模態(tài)的固有頻率也十分相似，前四階的頻率分布非常合理。從第五階開(kāi)始頻率變化較大，有可能會(huì)產(chǎn)生共振，共振頻率為441.09 Hz。第八階則產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，導(dǎo)致固有頻率迅速變大。第十階為縱向振動(dòng)和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的合成。扭轉(zhuǎn)振動(dòng)會(huì)加速柔輪的疲勞損壞。

4 結(jié)論

本文對(duì)諧波齒輪的柔輪進(jìn)行了有限元模態(tài)分析，通過(guò)分析得到了在工作狀態(tài)下的前十階模態(tài)變形圖。分別分析了在各階狀態(tài)下的固有頻率的振型情況。對(duì)柔輪參數(shù)的改進(jìn)提供了理論依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1] 董慧敏，張曉青.基于實(shí)驗(yàn)建模的諧波齒輪傳動(dòng)柔輪的有限元分析研究[J].機(jī)械傳動(dòng)，2001，25（2）：16-20.

[2] 杜平安.有限元網(wǎng)格劃分的基本原則[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2000（2）：34-36.

[3] 付軍鋒.諧波齒輪傳動(dòng)中柔輪應(yīng)力的有限元分析[D].西北工業(yè)大學(xué)，2007.endprint

摘 要：利用ANSYS軟件，建立了諧波齒輪的有限元分析模型。對(duì)諧波齒輪的柔輪進(jìn)行了有限元約束模態(tài)分析，通過(guò)分析得到了在工作狀態(tài)下的前十階模態(tài)變形圖。變載荷的激擾頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于各階的固有頻率，共振現(xiàn)象不會(huì)發(fā)生。

關(guān)鍵詞：有限元分析 模態(tài)分析 諧波齒輪

中圖分類號(hào)：TG156 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）05（a）-0032-01

模態(tài)分析主要用來(lái)研究研究結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性，是一種動(dòng)力學(xué)分析方法?？梢杂脕?lái)獲得機(jī)器中的振動(dòng)特性，比如振型或者固有頻率。由于機(jī)器中轉(zhuǎn)子的不平衡，很容易產(chǎn)生共振現(xiàn)象，使得機(jī)器的壽命不斷減少。由于振動(dòng)特性決定了結(jié)構(gòu)對(duì)動(dòng)力載荷的響應(yīng)情況，所以必須要對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行模態(tài)分析。從而獲得研究對(duì)象的固有頻率和振型，避免共振現(xiàn)象的發(fā)生[1]。

模態(tài)分析可以通過(guò)建立模型，施加約束和載荷并求解，模態(tài)的擴(kuò)展，約束及后處理等過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)[2]。

1 有限元模型的建立

本文利用Pro/ENGINEER來(lái)建立模型，然后將建好的模型再導(dǎo)入ANSYS中，建好的模型如圖1所示。對(duì)建好的模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，齒圈處的網(wǎng)格要比筒體的網(wǎng)格劃分的密度要大一些。

2 模態(tài)分析

由于柔輪的輪齒很小而且數(shù)量比較多，所以采用分塊蘭索斯法提取柔輪模態(tài)，以便提高計(jì)算效率[3]。

在通常情況下，低階模態(tài)下的固有頻率比高階模態(tài)下的固有頻率更容易發(fā)生共振。因此，只需要算出幾個(gè)低階模態(tài)即可。

首先在劃分好網(wǎng)格的有限元模型上施加約束，然后設(shè)置模態(tài)分析類型，模態(tài)擴(kuò)展和具體參數(shù)，最后進(jìn)行求解。最終得到柔輪前十階模態(tài)分析圖。本文只給出前三階，后七階略去。（見(jiàn)圖2～圖4）

3 結(jié)果分析

分析結(jié)果如表1所示，柔輪的前兩階模態(tài)的頻率相差不大，第三和第四階模態(tài)的固有頻率也十分相似，前四階的頻率分布非常合理。從第五階開(kāi)始頻率變化較大，有可能會(huì)產(chǎn)生共振，共振頻率為441.09 Hz。第八階則產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，導(dǎo)致固有頻率迅速變大。第十階為縱向振動(dòng)和扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的合成。扭轉(zhuǎn)振動(dòng)會(huì)加速柔輪的疲勞損壞。

4 結(jié)論

本文對(duì)諧波齒輪的柔輪進(jìn)行了有限元模態(tài)分析，通過(guò)分析得到了在工作狀態(tài)下的前十階模態(tài)變形圖。分別分析了在各階狀態(tài)下的固有頻率的振型情況。對(duì)柔輪參數(shù)的改進(jìn)提供了理論依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1] 董慧敏，張曉青.基于實(shí)驗(yàn)建模的諧波齒輪傳動(dòng)柔輪的有限元分析研究[J].機(jī)械傳動(dòng)，2001，25（2）：16-20.

[2] 杜平安.有限元網(wǎng)格劃分的基本原則[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2000（2）：34-36.

[3] 付軍鋒.諧波齒輪傳動(dòng)中柔輪應(yīng)力的有限元分析[D].西北工業(yè)大學(xué)，2007.endprint