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双螺杆挤出机传动箱有限元分析及优化设计

作　者: 徐阔
导　师: 张维强
学　校: 南京农业大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 传动箱 workbench 有限元分析 结构优化 尺寸优化
分类号: TQ320.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 4次
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内容摘要


双螺杆挤出机是生产和加工高聚合物材料的重要设备之一,在国内得到了越来越广泛的应用。传动箱作为双螺杆挤出机的组成部分,起着实现电机减速、分配功率的重要作用。由于双螺杆挤出机螺杆间距要求的特殊性,使得传动箱齿轮和箱体的设计也变得复杂,对齿轮参数的选择和箱体的结构设计提出了较高的要求。随着有限元技术的发展和应用,计算机辅助分析(CAE)越来越受到技术人员的重视。ANSYS workbench是ANSYS有限元分析软件的一种全新的界面。与传统的ANSYS操作界面相比,workbench具有装配体自动分析、网格自动划分以及快捷的优化功能等,大大节省了分析操作的时间。此外,workbench人性化的分析界面让设计人员更加直观和方便的进行有限元分析。本文以南京诚盟机械有限公司生产的SHJ-65A型双螺杆挤出机传动箱为研究对象,以Pro/E和ANSYS为主要应用软件,主要研究内容有三部分：首先,建立传动箱力学模型,分别求出传动箱啮合齿轮间的传动力；根据齿轮传动力和传动力矩计算出各个齿轮轴支撑处的支承反力,进而得到传动箱箱体的受力载荷；完成传动箱主要零件的Pro/E三维建模和传动箱的整机装配,为箱体和齿轮的有限元分析奠定基础。其次,将简化后的箱体和齿轮装配体模型导入ANSYS workbench界面,创建有限元模型,定义约束和添加载荷,在静力分析模块中完成对齿轮副的静力接触分析和对箱体的静力分析；在动力分析模块分别对箱体和齿轮装配体进行模态分析；箱体静力分析和模态分析的结果为后面的优化设计提供了理论依据。最后,根据静力分析和模态分析的结果,首先对箱体进行结构改造,减轻了箱体质量,消除了局部应力集中的现象和降低了箱体变形量；以最大变形量和第一固有频率值为目标变量,以下箱体四个基本尺寸为设计变量对箱体进行尺寸优化；最后将优化后的箱体进行有限元分析结果检验,变形量变小,固有频率值增大,进一步提高了传动箱的稳定性；对改进后传动箱进行振动测试,验证改进后传动箱的稳定性以及用于实际生产的可行性。

全文目录


目录  4-6
摘要  6-7
ABSTRACT  7-9
第一章 绪论  9-16
  1.1 课题研究背景  9-10
    1.1.1 双螺杆挤出机简介  9
    1.1.2 双螺杆挤出机传动箱简介  9-10
  1.2 国内外双螺杆挤出机传动箱研究状况  10-13
    1.2.1 国外研究状况  10-12
    1.2.2 国内研究状况  12-13
  1.3 课题研究目的及意义  13-14
  1.4 课题技术路线及主要内容  14-15
  1.5 本章小结  15-16
第二章 有限元理论基础及ANSYS软件介绍  16-22
  2.1 有限元基本概述  16
  2.2 弹性力学理论  16-19
    2.2.1 弹性力学概述  16-17
    2.2.2 弹性力学基本方程  17-19
  2.3 ANSYS分析软件的应用  19-21
    2.3.1 ANSYS软件概况  19
    2.3.2 ANSYS模块介绍  19-20
    2.3.3 ANSYS分析步骤  20-21
  2.4 本章小结  21-22
第三章 传动箱力学分析及三维建模  22-32
  3.1 传动箱力学分析  22-28
    3.1.1 SHJ-65A传动箱基本参数  22-23
    3.1.2 齿轮传动力计算  23-24
    3.1.3 齿轮轴支承反力计算  24-28
  3.2 传动箱三维建模  28-31
    3.2.1 Pro/E概述  28-29
    3.2.2 斜齿轮建模  29-30
    3.2.3 箱体建模  30
    3.2.4 传动箱虚拟装配  30-31
  3.3 本章小结  31-32
第四章 传动箱静力分析  32-47
  4.1 齿轮接触分析  32-41
    4.1.1 有限元接触算法理论  32-34
    4.1.2 ANSYS接触分析功能  34-35
    4.1.3 ANSYS workbench齿轮接触分析  35-41
  4.2 传动箱箱体静力有限元分析  41-45
    4.2.1 建立有限元模型  41-42
    4.2.2 施加载荷约束  42-43
    4.2.3 求解及结果分析  43-45
  4.3 本章小结  45-47
第五章 传动箱模态分析  47-57
  5.1 模态分析基础  47-50
    5.1.1 模态分析理论  47-48
    5.1.2 模态分析结果的提取方法  48-49
    5.1.3 模态分析步骤  49-50
  5.2 ANSYS workbench模态分析  50-56
    5.2.1 传动箱箱体模态分析  50-54
    5.2.2 齿轮传动系装配体模态分析  54-56
  5.4 本章小结  56-57
第六章 传动箱箱体优化设计  57-76
  6.1 优化设计理论  57-60
    6.1.1 优化设计概论  57
    6.1.2 优化设计的数学模型  57-59
    6.1.3 ANSYS优化设计方法  59
    6.1.4 ANSYS优化设计流程  59-60
  6.2 箱体结构优化  60-64
    6.2.1 拓扑优化技术简介  60
    6.2.2 workbench箱体拓扑优化设计  60-63
    6.2.3 结构优化结果检验  63-64
  6.3 箱体尺寸优化  64-69
    6.3.1 ANSYS workbench优化工具简介  64
    6.3.2 箱体参数化模型的建立  64-65
    6.3.3 求解及后处理  65
    6.3.4 参数优化分析  65-69
  6.4 优化结果检验  69-75
    6.4.1 静力分析结果检验  70
    6.4.2 模态分析结果检验  70-73
    6.4.4 传动箱振动测试  73-75
  6.5 本章小结  75-76
第七章 总结与展望  76-78
  6.1 总结  76-77
  6.2 展望  77-78
参考文献  78-80
致谢  80-81
在学期间发表的论文  81

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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 合成树脂与塑料工业 > 一般性问题 > 机械与设备
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