单级斜齿轮减速器动态性能分析与优化研究

论文摘要

本论文以ZD型通用单级斜齿轮减速器为研究对象,运用有限元分析技术对该减速器进行固有特性分析；运用虚拟样机技术对该减速器齿轮传动系统进行动力学特性分析,得到减速器固有特性以及动态特性。以齿轮传动系统为研究对象,在理论分析的基础上,以降低齿轮传动系统的振动为目标对系统动力结构参数进行优化设计。本文研究的主要内容有：1,使用三维实体建模软件Pro/E对减速器包括箱体、齿轮、轴等个部件进行建模,并使用有限元分析软件Ansys对减速器模型进行有限元分析的前处理,得到了减速器整个系统的有限元模型。2,基于结构模态分析理论,运用有限元分析软件对减速器进行动力学分析,分析减速器在自由模态下的固有特性,并提取减速器前10阶的模态振型和固有频率。3,基于多体系统动力学理论,分析系统动力学特性,利用虚拟样机技术对减速器齿轮传动系统进行碰撞模拟试验。运用赫兹碰撞理论,在ADAMS中仿真分析了减速器齿轮传动系统在工作时的动态性能。4,探讨引起减速器振动的原因,以振动最小为目标,从减速器临界转速为出发点对减速器的齿轮传动系统进行结构参数优化设计,降低了减速器的振动和噪声,并分析了齿轮传动系统优化后的动力学特性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图索引
• 附表索引
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究意义
• 1.2 减速器行业发展现状及发展趋势
• 1.2.1 减速器行业发展现状
• 1.2.2 减速器行业发展趋势
• 1.2.3 减速器齿轮传动系统动力学研究内容
• 1.3 虚拟样机技术
• 1.3.1 虚拟样机技术的应用及其特点
• 1.3.2 虚拟样机技术的相关技术
• 1.3.3 虚拟样机技术在减速器动力学研究上的应用
• 1.4 本文的主要研究内容
• 第2章 有限元方法及其在模态分析中的应用
• 2.1 有限元方法及有限元思想
• 2.1.1 有限元方法概念
• 2.1.2 有限元基本思想
• 2.2 有限元分析软件功能及发展趋势
• 2.2.1 有限元分析软件
• 2.2.2 有限元分析软件发展趋势
• 2.3 有限元方法在模态分析中的应用
• 2.3.1 结构模态与系统特性
• 2.3.2 齿轮传动系统阻尼分析
• 2.3.3 固有频率与固有振型的求解方法
• 2.4 本章小结
• 第3章 基于Ansys减速器有限元模态分析
• 3.1 Ansys软件介绍
• 3.1.1 Ansys建模
• 3.1.2 Ansys分析流程
• 3.1.3 Ansys在机械领域中的应用
• 3.2 Pro/E与Ansys数据交换
• 3.3 建立减速器有限元模型
• 3.3.1 减速器结构分析
• 3.3.2 减速器有限元模型的建立
• 3.4 减速器有限元模态分析
• 3.5 结果分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 ADAMS介绍与虚拟样机的建立
• 4.1 ADAMS简介
• 4.2 ADAMS理论基础
• 4.2.1 ADAMS多刚体动力学方程
• 4.2.2 ADAMS数值计算
• 4.2.3 计算分析过程综述
• 4.3 减速器实体模型的建立
• 4.3.1 Pro/E软件系统
• 4.3.2 斜轮的参数化设计
• 4.3.2.1 斜齿轮齿廓原理
• 4.3.2.2 斜齿轮的基本参数
• 4.3.2.3 斜齿轮的参数设计
• 4.3.3 ADAMS,Pro/E数据的转换方法
• 4.4 减速器样机的建立
• 4.5 本章小结
• 第5章 减速器虚拟样机的动力学仿真分析
• 5.1 虚拟样机仿真分析步骤
• 5.2 施加约束和载荷
• 5.2.1 仿真的前提条件
• 5.2.2 约束和载荷的施加
• 5.3 减速器运动学分析
• 5.4 齿轮啮合力的动态仿真
• 5.5 仿真结果分析
• 5.6 本章小结
• 第6章 减速器齿轮动态优化设计
• 6.1 动态性能优化设计的基本概念
• 6.2 优化设计数学模型的一般形式
• 6.2.1 设计变量
• 6.2.2 目标函数
• 6.2.3 约束条件
• 6.3 机械结构优化设计的一般方法
• 6.4 齿轮副的动力学模型
• 6.4.1 齿轮传动动力学模型的建立
• 6.4.2 引起齿轮振动的原因
• 6.5 齿轮的动态优化设计
• 6.5.1 目标函数与设计变量的确定
• 6.5.2 约束条件
• 6.5.3 MATLAB和遗传算法工具箱
• 6.5.4 优化结果检验与分析
• 6.6 本章小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录（攻读学位期间所发表的学术论文目录）