束模态分析自由模态分析本章小结第六章总结与展望致谢参考文献重载齿轮箱体结构有限元分析及改进设计第章绪论重载齿轮箱体概述齿轮箱又名变速箱，是种动力传达机构，也是种减速传动装置，是传动系统中的重要组件，是轴承齿轮等零部件安装的基础，齿轮箱作为传递动力的部件，在现代机械设备中是不可或缺的。齿轮箱的用途加速减速，就是常说的变速齿轮箱。，部分内容简介，中文摘要第章绪论重载齿轮箱体概述课题来源及选题的目的和意义课题来源选题的目的和意义课题研究的内容和要解决的问题第二章有限元与应用软件简介有限单元法有限单元法的基本特点有限单元法的发展与现状有限单元法的优点有限单元法的基本步骤有限元应用机械相关软件介绍软件软件分析与优化介绍静力分析接触分析模态分析优化设计本章小结第三章齿轮箱体的有限元分析应用进行有限元分析建立几何模型划分网格添加约束施加载荷求解后处理应力和应变要求应力与应变结果显示本章小结第四章齿轮箱体的优化设计优化设计优化原则优化方案各方案计算结果的比较各方案节省材料的比较分析比较优化方案本章小结第五章齿轮箱体的模态分析模态分析的概述约束模态分析自由模态分析本章小结第六章总结与展望致谢参考文献重载齿轮箱体结构有限元分析及改进设计第章绪论重载齿轮箱体概述齿轮箱又名变速箱，是种动力传达机构，也是种减速传动装置，是传动系统中的重要组件，是轴承齿轮等零部件安装的基础，齿轮箱作为传递动力的部件，在现代机械设备中是不可或缺的。齿轮箱的用途加速减速，就是常说的变速齿轮箱。改变传动方向，例如我们用两个扇形齿轮可以将力垂直传递到另个转动轴。改变转动力矩同等功率条件下，速度转的越快的齿轮，轴所受的力矩越小，反之越大。离合功能我们可以通过分开两个原本啮合的齿轮，达到把发动机与负载分开的目的。比如刹车离合器等。分配动力，例如我们可用台发动机，通过齿轮箱主轴带动多个从轴从而实现台发动机带动多个负载的功能。齿轮箱在受到外界激励时无法避免地产生振动，箱体要承受各种载荷并产生应力和变形，齿轮箱是机组变速能量传递的关键部件，也是故障发生率最高的部件，其运行的稳定性会影响到整机性能，恶劣环境下，更换率甚至会达到。因此，开展大功率齿轮箱静力分析与优化减重设计模态分析与控制齿轮箱系统的振动与噪声己成为重要的研究课题。课题来源及选题的目的和意义课题来源本课题来源于南京高速齿轮厂，齿轮箱体是根据市场需求开发研制的产品，适用舰船等重载运输工具。要求我们运用有限元分析技术，对齿轮箱体进行结构分析并给出优化方案。通过本课题的研究，为提高该产品的性能，质量和寿命，降低产品成本提供科学计算分析的依据，增强其产品在市场的竞争力。选题的目的和意义目前，我国齿轮箱行业的产品质量产品设计工艺开发制造装备和检测试验等综合技术水平相当体综合变形云图。图中模型上不同颜色代表该区域应力值的大小，图中的色谱表明不同的颜色对应不同的数值带符号，红色表示最大值，蓝色表示最小。通过颜色分布可以直观地得到最大应力区域和整个模型的应力分布等。通过等效应力云图，可以从颜色上直观地看出重载齿轮箱体各个部分应力的强弱通过变形云图，可以观察出齿轮箱体各个部分之间的变形情况。重载齿轮箱体结构有限元分析及改进设计应力等值线图单位，下同图应力等值线图变形图单位，下同图方向变形图重载齿轮箱体结构有限元分析及改进设计图方向变形图图方向变形图重载齿轮箱体结构有限元分析及改进设计图综合变形图由上图可知，齿轮箱体的最大应力为，最大值出现在箱体左轴承孔上的加强筋处，方向的最大变形为，方向的最大变形为，方向的最大变形为，最大综合变形为，综合位移最大值出现在左轴承座的左上角。通过对齿轮箱体的有限元分析，可以基本认定箱体的设计在结构强度和变形控制方面均达到设计要求。应力和位移较大的区域主要由于直接承受轴承载荷的作用而引起的，但总体应力较小，远小于材料的屈服极限，因此，对原箱体结构进步优化，减轻箱体重量是有可能的。本章小结本章对重载齿轮箱体进行了有限元分析，完成了建模材料属性设置网格划分约束和加载后，在有限元分析软件中得到了应力和应变，从结果来看应力方面，箱体的轴承座附近的等效应力最大，最大值出现在箱体左轴承孔上的加强筋处，此处承受箱体的扭曲作用较大而产生应力集中。应变方面，左轴承座上的综合位移较大，综合位移最大值出现在左轴承座的左上角。重载齿轮箱体结构有限元分析及改进设计综合分析得到整体箱体的总体应力和变形不大，对原箱体结构进步优化，减轻箱体重量是有可能的。重载齿轮箱体结构有限元分析及改进设计第四章齿轮箱体的优化设计通常，个好的产品设计，往往是综合各种因素，提出种初始方案，然后对其进行数值分析，使其满足强度刚度稳定性及可靠性和寿命等要求的预期目标，然后反复修改方案，使其具有较好的使用性能，并力求节省材料和能源，经济而具有竞争力。通过对齿轮箱体的有限元分析，可以基本认定箱体的设计在结构强度和变形控制方面均达到设计要求。应力和位移较大的区域主要由于直接承受轴承载荷的作用而引起的，但总体应力较小，远小于材料的屈服极限，因此适当减小箱壁厚度是可能的并考虑到箱体总体变形较小，结构刚度较好，故可适当减弱箱体刚度以减小加强筋的重量，并可释放应力集中，使应力场趋于均匀。优化设计优化原则齿轮箱的优化原则通过改变齿轮箱各处的厚度，应用计算出机身最大应力，并满足应力和变形要求应力变形优化方案由原箱体计算结果对箱体进行减重优化并对优化修改后的箱体进行有限元重分析重载齿轮箱体结构有限元分析及改进设计方案对原箱体底部壁厚减少，得应力应变结果如图所示。应力等值线图图应力等值线图变形图图方向变形图重载齿轮箱体结构有限元分析及改进设计图方向变形图图方向变形图重载齿轮箱体结构有限元分析及改进设计图综合变形图该方案的优化，在减少了箱体材料的同时应力集中情况得到改善，应力均匀的分散在箱体上，释放了上箱体的应力集中，优化后的箱体的应力场范围向下扩大，分布趋于均匀，并且变形都还在许可的范围之内所以这种优化是可行的。重载齿轮箱体结构有限元分析及改进设计方案二减少齿轮孔厚度，得应力应变结果如图所示应力等值线图图应力等值线图变形图图方向变形图重载齿轮箱体结构有限元分析及改进设计图方向变形图图方向变形图重载齿轮箱体结构有限元分析及改进设计图综合变形图该方案减薄了箱体的厚度，节约材料的同时，释放了上箱体的应力集中，优化后的箱体的应力集中情况得到改善，方向的变形较小方向的变形有所增加，但保持在许可范围之内。重载齿轮箱体结构有限元分析及改进设计方案三减小上箱体加强筋厚度并去除两侧加强筋，得应力应变结果如所示。应力等值线图图应力等值线图变形图图方向变形图重载齿轮箱体结构有限元分析及改进设计图方向变形图图方向变形图重载齿轮箱体结构有限元分析及改进设计图综合变形图该优化方案减薄了部分加强筋厚度，并去除了不必要加强筋，在节省材料的同时保证了应力及变形在许可的范围内，该优化也是可行的。由上图综合可知，经过优化应力场向下箱体扩大，释放了上箱体的应力集中，优化后的箱体的应力集中情况得到改善，应力场范围向下扩大，分布趋于均匀，箱体变形情况和原来相比有所增加，但总体较小，轴承座附近综合位移无较大变化。重载齿轮箱体结构有限元分析及改进设计数据汇总与比较各方案计算结果的比较表各方案计算结果孔厚度下箱壁厚度最大应力最大变形原方案方案方案二方案三各方案节省材料的比较表各方案节省材料材料的体积节省的材料节省的重量原方案方案方案二方案三分析比较优化方案优化方案是将下箱壁的厚度减小到，方案中最大应力为，最大变形为，优化方案二是在方案的基础上将上下箱体齿轮孔厚度减小到。方案二中最大应力为，最大变形为。方案三是将上箱体加强筋面积减小，并去除两侧加强筋，方案三最大应力为，最大变形为。三方案中的应力与应变均远小于许用应力和许用变形。相比较原方案，虽然应力与应变有了些增加，但是，减轻了箱体的质量，方案减少了，方案二减少了，方案三减少了。方案三是在应重载齿轮箱体结构有限元分析及改进设计力与应变满足要求的前提下，继续较少齿轮箱体的材料，以减少质量，同时应力集中向下箱体扩散，减小了上箱体的应力集中，使应力场趋于均匀。综合考虑后选取方案三。本章小结采用有限元法，建立齿轮箱体有限元静力学模型得到齿轮箱的应力与应变情况，在此基础上，依据结果对原齿轮箱体进行优化分析。在满足箱体强度并保障箱体变形较小的前提下，减薄箱体的厚度减薄上下箱体两侧筋板厚度，减轻了齿轮箱体的重量，并释放箱体的应力集中，均衡应力场，是箱体更加合理，具有重要的理论意义和工程实用价值。重载齿轮箱体结构有限元分析及改进设计第五章齿轮箱体的模态分析齿轮箱体本身的振动以及有轴系传来的齿轮的振动都是产生船舰辐射噪声的主要来源。且在齿轮啮合传动中，当齿轮存在集中缺陷分布缺陷或齿轮所在轴弯曲时，将产生不良影响。如果轴严重弯曲或齿轮严重故障导致振动能量异常大时，齿轮啮合传动中的异常振动会激励起传动箱体的固有频率。因此，准确识别齿轮箱的振动模态及其特点具有重要的现实意义。通过对齿轮箱体进行模态分析得到固有频率和振型，了解该结构的模态特征和动态特征，为结构的设计和改进提供了理论依据和基础。模态分析的概述模态分析是研究结构动力特性的种近代方法，是系统辨别方法在工程振动领域的应用。模态是机械结构的固有振型特性，每个模态具有特定的固有频率阻尼比和模态振型。这些模态参数可以由计算机或试验分析取得，这样个计算或实验分析过程成为模态分析。所谓模态分析，就是确定设计结构或机械零部件的振动特性，得到结构的固有频率和振型的过程，它是动态设计的核心。采用有限元分析软件对齿轮箱体进行模态分析，对齿轮箱体的有限元模态的求解，般不必求出振动系统全部的固有