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增速齿轮箱体有限元分析及其结构优化

作　者: 陈营利
导　师: 张家泰；李应生
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 机械工程
关键词: 齿轮箱箱体 有限元法 结构分析 优化设计
分类号: TH132.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 386次
引　用: 1次
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内容摘要


齿轮箱系统是一种在机械设备中广泛使用的速度和能量传递装置。压气机台上的增速齿轮箱的工作环境比较恶劣,转速高,而增速箱的性能将直接影响压气机台的工作性能。因此,对箱体的静态特性和动态特性进行详尽的分析是必要的。以某高速增速齿轮箱箱体的相关结构尺寸参数为输入条件,采用PRO/ENGINEER对箱体的主要部件进行实体建模及虚拟装配。然后以该实体模型为基础,将其转化为ABAQUS有限元模型,并采用基于ABAQUS的有限元分析方法,对箱体结构进行有限元结构分析,并在此基础上采用OptiStruct分析软件对箱体进行了结构优化设计。本文利用有限元分析理论,对箱体结构进行了结构分析,并依据分析结果提出了结构改进意见。论文的分析内容主要是校核箱体的静力强度以及动态特性,并根据有限元分析结果,对箱体进行结构优化,其中包括：①对正车工况下的箱体结构进行有限元静态特性分析,直观地展现了箱体的应力场与位移场,并考察了箱体结构的强度。②采用ABAQUS对箱体结构进行有限元模态分析,获得了箱体结构的固有频率和振型,并给出分析评价。③根据箱体的静动态特性的分析结果,采用OptiStruct软件实现了对箱体在质量和结构上的优化,确保改进后结构满足箱体静动态特性需求。通过以上的分析,可以了解箱体结构的静态特性和动态特性,为箱体的结构设计和性能分析提供了合理的参考。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
第1章 绪论  11-19
  1.1 课题来源及其研究意义  11-12
    1.1.1 课题来源  11
    1.1.2 课题研究意义  11-12
  1.2 齿轮箱的发展现状  12-15
    1.2.1 国内齿轮传统系统的发展现状  12-14
    1.2.2 国外齿轮传动系统的发展现状  14-15
  1.3 齿轮箱箱体的有限元分析现状  15-17
  1.4 本文主要研究内容  17-19
第2章 研究方法及相关理论  19-26
  2.1 常用数值分析方法的比较  19-21
  2.2 有限元法的发展及其特点  21-22
  2.3 结构优化技术  22-25
  2.4 本章小结  25-26
第3章 箱体结构有限元静力分析  26-40
  3.1 机械结构静态有限元法  26-27
  3.2 箱体实体模型的建立  27-30
  3.3 箱体有限元模型的建立  30-36
    3.3.1 箱体模型的简化  30-31
    3.3.2 材料属性  31-32
    3.3.3 单元类型选择及网格划分  32-34
    3.3.4 约束及载荷的处理  34-36
  3.4 计算结果及分析  36-39
    3.4.1 箱体静态计算结果  36-37
    3.4.2 计算结果分析  37-39
  3.5 本章小结  39-40
第4章 箱体结构的动态特性分析  40-54
  4.1 机械结构的动态特性分析  40-41
  4.2 有限元模态分析方法  41-46
    4.2.1 模态分析概述  41-42
    4.2.2 ABAQUS固有特性计算方法  42-46
  4.3 箱体的有限元模态分析  46-48
  4.4 模态分析结果  48-50
  4.5 结果分析  50-53
  4.6 本章小结  53-54
第5章 箱体底座的结构优化  54-69
  5.1 结构优化设计基本理论  54-57
    5.1.1 结构优化设计的数学模型  56
    5.1.2 基于有限元法的结构优化的流程  56-57
  5.2 箱体底座静态特性分析  57-60
    5.2.1 底座有限元模型的建立  58-59
    5.2.2 静态分析结果  59-60
  5.3 底座的拓扑优化  60-63
    5.3.1 拓扑优化技术  60-61
    5.3.2 拓扑优化设置  61-62
    5.3.3 计算结果及分析  62-63
  5.4 底座优化方案  63-65
  5.5 改进结果分析与评价  65-68
    5.5.1 静态特性分析与评价  65-66
    5.5.2 动态特性分析与评价  66-68
  5.6 本章小结  68-69
结论  69-71
参考文献  71-76
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  76-77
致谢  77

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中图分类: > 工业技术 > 机械、仪表工业 > 机械零件及传动装置 > 机械传动机构 > 啮合传动 > 齿轮及齿轮传动
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