人民邮电出版社,樊炳辉，焦浩，贾娜基于的排爆机器人机械手静力学分析制造业自动化黄江结构优化设计在机械设计中的应用应用技术，刘伟，高维成等宝典北京电子工业出版社,能化的，有多种控制方法，与的部分命令效果相似。在大型复杂部件上可以利用功能进行自动生成网格，大大节省了时间。在自动生成网格的过程中对于精度要求高的区域会自动调整网格密度，网格生成的形状特性较好，保证网格的高质量。这样得到的实体的网格划分，可以得到比较好的计算结果，网格划分后，共有单元数,节点数，齿轮箱体的网格划分如图所示。印宏扬重载齿轮箱体结构有限元分析及改进设计图网格划分添加约束下箱体底座六个地脚螺钉施加约束，利用固定约束，约束结果如图所示。软件自动识别所有接触表面，只需确定识别出的接触表面是否是我们所需要和关心的部位，并确定接触类型和接触方式，齿轮箱体轴承处的接触设置为绑定接触,设计树中选择自动设置所有接触。印宏扬重载齿轮箱体结构有限元分析及改进设计图施加约束施加载荷原始条件及数据该设备的主要参数如下型号传动力圆周力轴向力径向力径向力工况系数上箱体下箱体箱体材料是，密度其他数据材料等见图纸。印宏扬重载齿轮箱体结构有限元分析及改进设计齿轮箱体轴承孔位置承受径向载荷周向载荷和轴向载荷。由于齿轮箱体承受的动载荷，所以各载荷要乘上载荷系数。轴向载荷均匀分布在轴承孔端面圆周上，如图所示。图施加轴向载荷轴承与轴承座之间受力按接触进行分析，接触是状态改变非线性，是轴承外圈与轴承座孔的接触，相互接触的表面不会渗透，传递轴通过轴承施加在轴承座上的径向力和圆周力，建立四分之三圆轴以模拟轴承，接触设置为绑定接触，径向载荷和周向载荷按要求施加在圆轴上，为合成载荷。载荷施加结果如图所示。印宏扬重载齿轮箱体结构有限元分析及改进设计图求解在设计树中添加所要求的结果，输出参数为质量等效应力和整体变形，然后按进行求解。后处理后处理是软件分析最重要的环节，通过后处理可以查看计算结果，通过对计算结果的判定才能对三维数学模型进行进步的优化。的通用后处理器可以实现强大的后处理功能，包括频率列表振动动画应力云图应变云图剖视图等。应力和应变要求齿轮箱体许用最大变形。齿轮箱体材料为低碳钢，结构的破坏般表现为塑性屈服，所以在强度分析中，应采用第三强度理论或第四强度理论。同时由于第三强度理论不考虑主应力影响，虽然可以较好的表现塑性材料塑性屈服现象，但只适用于拉伸屈服极限和压缩屈服印宏扬重载齿轮箱体结构有限元分析及改进设计极限相同的材料。而第四强度理论考虑了主应力的影响，可以较好地解释和判断材料的屈服，由于全面考虑了三个主应力的影响，所以比较合理，比第三强度理论更符合实验结果。因而在强度评价中通常采用第四强度理论导出的等效应力又称等效应力来评价。第四强度理论认为形状改变比能是引起屈服的主要因素，即认为无论在什么应力状态，只要改变形状比能达到极限值，材料就发生屈服。第四强度的含义就是在任何应力状态下，材料不发生破坏的条件是许用应力，安全系数而其中，，第，第二，第三主应力由前可知，齿轮箱材料为，考虑到疲劳修正系数和疲劳修正系数安全系数，故安全系数取，则安全系数而我们所要的应力要求是应力与应变结果显示图为齿轮箱体等效应力云图，图为齿轮箱体方向变形云图，图为齿轮箱体方向变形云图，图为齿轮箱体方向变形云图，图为齿轮箱体综合变形云图。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。印宏扬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，下同图方向变形图印宏扬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印宏扬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。印宏扬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。印宏扬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。通过对齿轮箱体的上半部绕着轴方向前后摆动上半部分部分沿轴向外扩张前后壁沿着轴扭动上箱体顶部突起上箱体顶部凹凸变形上箱体沿轴左右扭动上箱体沿轴前后摆动上箱体顶部扩展变形左右两侧绕轴摆动，变形范围较大上箱体顶部突起变形印宏扬重载齿轮箱体结构有限元分析及改进设计图阶模态振型云图图二阶模态振型云图印宏扬重载齿轮箱体结构有限元分析及改进设计图三阶模态振型云图图四阶模态振型云图印宏扬重载齿轮箱体结构有限元分析及改进设计图五阶模态振型云图图六阶模态振型云图印宏扬重载齿轮箱体结构有限元分析及改进设计图七阶模态振型云图图八阶模态振型云图印宏扬重载齿轮箱体结构有限元分析及改进设计图九阶模态振型云图图十阶模态振型云图振型如图到图，箱体的振型包括扭转弯曲弯扭组合等，下面对齿印宏扬重载齿轮箱体结构有限元分析及改进设计轮箱体的前几阶模态进行分析发现第三阶变形最小，第十阶变形最大。自由模态分析由于齿轮箱体在前六阶表现为刚性模态，所以其前六阶频率为，其振型如图到图所示图七阶模态振型云图印宏扬重载齿轮箱体结构有限元分析及改进设计图八阶模态振型云图图九阶模态振型云图印宏扬重载齿轮箱体结构有限元分析及改进设计图十阶模态振型云图具体各阶频率如下表表自由模态分析结果模态阶数固有频率振型沿轴内外扩张绕轴扭转沿轴前后扭动上箱体顶部凹凸变形通过箱体振型云图可以看出，变形较大的部位主要是箱体的顶部变形，箱壁前后移动，左右两侧中间部分扰轴扭振。由此，增加箱体顶部的厚度前后壁增设加强筋和增加上下箱体的连接部分的厚度。对齿轮箱体进行模态分析，为箱体的优化设计和动态响应分析提供了依据。印宏扬重载齿轮箱体结构有限元分析及改进设计本章小结本章主要讲述应用有限元软件对齿轮箱体进行建模和求解，解析其固有频率以及对应的振型。当设计的工作频率接近其中阶振型的时候就需要在设计时对可能出现破坏的部位采取应对措施。如齿轮箱中齿轮的啮合频率及工作频率要避开箱体各阶固有频率，以免在运行期间发生机械共振，造成整机故障，并带来定的经济损失。印宏扬重载齿轮箱体结构有限元分析及改进设计第六章总结与展望本文以齿轮箱为例,主要是利用有限元计算方法和软件,对齿轮箱体进行结构分析和优化计算。验证结果表明使用软件对齿轮箱体进行结构改进取得了良好的效果。具体的研究内容和优化成果具体如下利用软件建立齿轮箱三维模型将三维模型导入软件中，并进行网格划分，添加约束和施加载荷。对箱体进行静态分析，根据应力图及位移图分析箱体的应力状况。对箱体进行第次优化，将底部减薄，再次分析验证。对箱体进行第二次优化，将齿轮孔厚度减薄，并检验。对箱体进行第三次优化，去除不必要的加强筋，并检验。三次优化共节省了材料，达到了降低成本的目的。对优化后的箱体进行自由模态和约束模态的分析，确定结构的固有频率和振型，从而指导产品设计，避免外力频率和结构固有频率相同，以防止共振现象。展望我们所做的只是齿轮箱的静力学分析，不能完全反应齿轮箱在工作情况下的应力变形变化情况。为了更好的反应在各种情况下箱体是否符合安全性要求，我们还应对箱体工作过程进行静态动态模态谐响应，变形预补偿设计分析，这些进步的分析，能更好的保证箱体的安全性可靠性，得出更完整的准确的分析结论。这些工作将是我以后毕业后岗位上分析的重点。印宏扬重载齿轮箱体结构有限元分析及改进设计致谢踉踉跄跄地忙碌了两个月，我的毕业设计课题也终将告段落,但由于能力和时间的关系，总是觉得有很多不尽人意的地方,其实做件事情，最重要的不是最终的结果，可贵的是过程中的收获。毕业设计，也许是我大学生涯交上的最后个作业了。想籍次机会感谢四年以来给我帮助的所有老师同学，你们的友谊是我人生的财富，是我生命中不可或缺的部分。我的毕业指导老师郑翔教授，虽然我们是在开始毕设时才认识，但她却能以位长辈的风范来容谅我的无知和冲动，给我不厌其烦的指导。在此，特向她道声谢谢。大学生活即将匆匆忙忙地过去，但我却能无悔地说我曾经来过。