费用使业制造工艺能力却缺乏积累，相对落后，导致制造能力无法满足设计需要，难以实现设计目标。另外，前期发展过程中过度注重产量，忽略了对质量的严格要求。这也是目前故障率居高不下的个重要原因。随着目前行业成本压力的不断增大，势必会有部分成本缩减在制造及质量控制上例如质量控制人力的减少等上，最终将影响产品品质。从技术角度出发，需要不断加大技术及质量控制投入力度，不断提升产品质量制造装备和检测试验等综合技术水平相当于发达国家上世纪九十年代中后期水平，落后十到十五年。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于发达国家上世纪九十年代中后期水平，落后十到十五年。方，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优化方案。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部分内容简介整机性能，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于发达国家上世纪九十年代中后期水平，落后十到十五年。方面，中低端产品产能过剩，同质化恶性竞争另方面，高端产品能力不足，汽车工程机械高铁煤机和大型农机等的高端齿轮传动装置包括行星传动大量依赖进口，且进出口逆差逐年加大。国外对齿轮箱的可靠性非常重视，但仍然有印宏扬重载齿轮箱体结构有限元分析及改进设计如此大比例的实效。而在国内，由于缺乏技术等相关积累，齿轮箱在运行年年后，失效率较国外水平高出倍。高昂的故障处理费用使业主整机厂家齿轮箱厂家苦不堪言。如何提高齿轮箱全寿命周期收益，提升行业整体盈利水平，已成为行业内的重要课题。随着目前行业成本压力的不断增大，势必会有部分成本缩减在制造及质量控制上例如质量控制人力的减少等上，最终将影响产品品质。从技术角度出发，需要不断加大技术及质量控制投入力度，不断提升产品质量，前期投入略高却可以达到降低产品故障率的目的。与国外先进水平相比，研发周期是国外同类产品的倍，使用寿命是国外同类产品的，形势相当严峻。由于国内发展时间较短，缺乏经验积累，故大多采用国外先进技术，大多引自国外的专业设计公司，在拥有先进的设计技术的同时，制造工艺能力却缺乏积累，相对落后，导致制造能力无法满足设计需要，难以实现设计目标。另外，前期发展过程中过度注重产量，忽略了对质量的严格要求。这也是目前故障率居高不下的个重要原因。随着目前行业成本压力的不断增大，势必会有部分成本缩减在制造及质量控制上例如质量控制人力的减少等上，最终将影响产品品质。从技术角度出发，需要不断加大技术及质量控制投入力度，不断提升产品质量。本课题的目的在于巩固和扩大我们在校期间所学的基础知识和专业知识，训练我们综合运用所学知识，提高分析和解决工程实际问题的能力。通过对齿轮箱箱体的应变场分析及优化设计，使学生能够掌握有限元模型的建立边界条件的确定荷载施加及结构分析的方法，为提高产品的性能，质量和寿命提供科学依据。课题研究的内容和要解决的问题主要内容运用有限元分析软件对齿轮箱体进行有结构静态分析模态分析以及结构优化设计。利用静态分析，校核齿轮箱体的刚度和强度，并且根据分析的结果进行结构优化设计以达到降低生产成本，提高经济效益的目的。模态分析可以求出齿轮箱体振动的固有频率以及相应的振型，分析各种振型对齿轮箱工作状态的影响。这对于了解齿轮箱现有结构的力学特性以及进而改善其结构具有重要的意义，为齿轮箱体的设计提供了理论计算和现实依据。印宏扬重载齿轮箱体结构有限元分析及改进设计技术要求要求校核齿轮箱在承载条件下的刚度和强度。要求在保证齿轮箱强度和刚度的条件下对齿轮箱主要部件进行优化设计。分析齿轮箱的模态，并对齿轮箱的工作状况进行评估方案制定对齿轮箱体结构进行三维实体建模了解齿轮箱工作性质状态对工作载荷分析，确定边界条件及加载方案划分网格，进行有限元结构静态分析，求出齿轮箱体的应力和应变分布规律，评价载荷对齿轮箱工作性能的影响对齿轮箱体模型进行自由模态分析，求解机身固有频率以及相应的振型等动态参数，分析其对工作状况的影响。在应力集中区采取措施改善应力在低应力区域，减少材料，以减轻部件质量。重新进行有限元分析，检验改变尺寸后的刚度和强度。重复以上步骤，直到获取最佳方案。印宏扬重载齿轮箱体结构有限元分析及改进设计第二章有限元与应用软件简介有限单元法有限元分析是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每单元假定个合适的较简单的近似解，然后推导求解这个区域总的满足条件，从而得到问题的解。这个解不是准确解，而是近似解，因为实际问题被较简单的问题所代替。由于大多数实际问题难以得到准确解，而有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成为行之有效的工程分析手段。有限单元法的基本特点有限元方法与其他求解边值问题近似方法的根本区别在于它的近似性仅限于相对小的子域中。世纪年代初首次提出结构力学计算有限元概念的克拉夫教授形象地将其描绘为有限元法法分片函数，即有限元法是法的种局部化情况。不同于求解往往是困难的满足整个定义域边界条件的允许函数的法，有限元法将函数定义在简单几何形状如二维问题中的三角形或任意四边形的单元域上分片函数，且不考虑整个定义域的复杂边界条件，这是有限元法优于其他近似方法的原因之。有限单元法的发展与现状世纪年代中期至年代末，有限元法出现并迅猛发展，由于当时理论尚处于初级阶段计算机的硬件及软件也无法满足需求，有限元法和有限元程序无法在工程上普及。到年代末至年代初，出现了大型通用有限元程序，它们以功能强用户使用方便计算结果可靠和效率高而逐渐形成新的技术商品，成为结构工程强有力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印宏扬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。印宏扬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