3R02型减速器箱体振动特性的数值模拟分析摘要：为研究3r02型减速器工作振动特性，利用ansys软件对减速器箱体进行有限元建模，并对其进行静力学计算和模态分析。结果表明：工作过程中最大变形出现在最大轴承孔与中间轴承孔的连接处。在箱体X方向，箱体的振动产生的位移从两侧端向最大轴承孔表现岀由小到大的趋势。从第六阶模态开始，箱体不易产生共振；而在低频区，当外界的激励频率与其自然频率一致时，箱体会承受较大的应力。箱体在X、Z方向存在振动，在优化设计过程中应适当增加刚度和阻尼来抑制此类振动的影响。abstract:tostudytheworkingvibrationpropertiesof3r02typereducer,finiteelementmodewasestablishedbyansys,staticscalculationandmodalanalysisweretakenaswcl1.itindicatedthatthemaximumdistortionareaappearedatthelinkagejointofmaximumbearingholeandmiddlebearingholeduringworkingprocess・anincreasingtrendofthevibrationdisplacementoftheboxwasfoundinxdirection.therewillbelesssympatheticvibrationappearsfromsixthstagemoda1.thereducerboxwillsufferlagerstresswhendrivingfrequencybeclosetonaturefrequencyinlowfrequencyrange,properrigidityanddampshouldbeincreasedtopretendvibrationinxandzdirectionduringtheoptimizingdesign.关键词：减速器箱体；数值模拟；振动特性；模态分析property；modalanalysis中图分类号:tn249文献标识码：a文章编号：1006-4311(2012)11-0022-020引言机械减速器是机器的重要组成部分，主要用于将原动机的运动和动力传递给工作机，并改变原动机运动的速度和形式、力或力矩的大小与方向，使之适应各种工作机的需耍，其动力学特性对整个传动系统的动态性能有极大影响［1-3］。本文基于有限元分析技术，对现有的3r02型减速器产品进行静力学计算和模态分析，为动力学修改和优化设计提供了依据。1箱体静力学分析1.1箱体三维实体建模本文按照现有变速器箱体的二维cad图纸用solidwork三维造型软件进行三维实体建模，在建模过程中:1)忽略各处过渡圆角和螺纹孔；2)简化对于静力学分析不产生影响的一些结构，如箱体的吊耳、标牌、用于冷却的油槽孔等，最终得到如图1所示的变速箱装配三维模型，图2为变速器箱体三维模型。1.2网格划分和材料属性本文采用10结点二次四面体solid92单元，根据本文所研究对象的特点，兼顾效率和计算精确度，采用混合网格划分的方法对网格进行划分，即先采用口动网格划分，再进行局部细化。划分后的箱体的有限元网格模型如图3所示。在有限元分析中，必须定义材料的弹性模量、泊松比和密度。本文箱体材料为ht250,泊松比11=0.3,杨氏模量e=l.123X105pa,密度为P=7.29X103kg-m-3o1・3约束条件和载荷施加根据减速器的实际固立情况，将本计算中的约束将分别加在四个地脚螺栓孔的凹台上，并约束其所有自由度，使箱体不能产生刚体位移和转角。箱体所受到的力主耍是通过轴承传递，受力如图4所示。轴承座处的径向力fr均按余弦函数分布处理，如图5所示。而轴向力按圆周方向均布处理。q(0)-cos0(-60°060°)(1)式中：p—轴承座所受的力；r一轴承座的半径。1.4计算结果与分析施加完载荷和约束后，进行求解。计算后结果见图6-8所示。从图6可知，箱体的整体变形幅度并不大，主要的变形产生与最人轴承孔与中间轴轴承孔的连接处，故应当在优化设计屮加强此处连接强度，防止疲劳裂纹出现。由图7mises等效应力场分布图可以看出，对于箱体的绝大多数地方，其所受应力较小，最小处仅为22.3mpa,说明材料还能抵抗更大的破坏能力，设计趋于保守。由位移场等值线图可知，在箱体X方向，箱体的位移从两侧向最大轴承孔表现出由小到大的变化趋势。最大位移出现在最大轴承孔边缘，达到了0.148X10-3mm，而在施加全约束的4个地脚螺栓处位移最小，大约为0.792X10-7mm。2箱体模态分析2.1模态分析理论由振动理论可知，机构以某一频率振动时所表现出的振动形态称模态，所表现出的形状称为振型。机构的动力学问题都是以模态理论为基础的[4-7]。模态分析的关键在于得到振动系统的特征向量[8]。结构整体动力平衡方程为：[m]+[c]+[k]§二f(t)(...