外文翻譯--基于ansys的金屬齒輪與塑料齒輪固有振動特性的對比分析

1、<p>　　Analysis based on the ANSYS metal gears and plastic gears inherent vibration characteristics compared</p><p><b>　　姓名：</b></p><p><b>　　班級：</b></p><p&

2、gt;　　Abstract: Using ANSYS software gear finite element model, modal analysis, the plastic gear gun and steel gear module .State of natural frequencies and mode shapes diagram, were analyzed. The conclusion for the dynam

3、ic design of gears and gear structure related equipment fault diagnosisOff basis.    Key words: plastic gear steel gear gun modal analysis of vibration characteristics0 Introduction The gear driv

4、e is the most important in the mechanical transmission drive gear transmission becaus</p><p>　　Gear model is built, its modal analysis, modal analysis of the gear. Purpose is to find the order natural freque

5、ncy of the gear and its corresponding vibration mode, and therefore does not need to load, only degrees of freedom constraints. Constraints: the gear inner hole circle cylinder constraint: s:. Set of modal extraction met

6、hod for the Block Canczos France, set up to extract the number of modes of 5 want to get the unit to solve the results need to open "the calculate elem re-salts, the fr</p><p>　　Figure 1 gear finite ele

7、ment model</p><p>　　Solve the calculations are complete, view the solution results. Modal analysis results in order to get the whole gear model, the modal expansion, extended for solving the advantages of ea

8、ch order, for the obtained natural frequency. Solving r its corresponding mode shape is reflected in the natural frequency of each node of the gear relative displacement and relative stress conditions. Set the mode of st

9、ate expansion, extended frequency range 0 100 000. Again into the solver to calculate and vie</p><p>　　.Figure 2 modal graph</p><p>　　To reverse the type, the axis of its deformation in the end

10、 face of the performance for the relative torsional vibration mode; modal performance for radial vibration: the vibration of the side surface showing polygon shapes, almost no axial vibration. Due to space limitations, g

11、ear vibration data not shown, the vibration mode shapes of folded shapes, the performance of axial rules of wave modes, the rule in the end face of the polygon shapes.4 gear natural frequency test   

12、0;Percussion method a</p><p>　　來源：JH.MINGTING; Analysis based on the ANSYS metal gears and plastic gears inherent vibration characteristics compared; MATERIALS SCIENCE 38 (2003)339–341</p><p>&l

13、t;b>　　外文翻譯</b></p><p>　　基于ANSYS的金屬齒輪與塑料齒輪固有振動特性的對比分析</p><p><b>　　姓名：**</b></p><p><b>　　班級：**</b></p><p>　　摘要:用ANSYS軟件建立齒輪有限元模型，對其進行模態(tài)分析

14、，分別得到塑料齒槍與鋼質(zhì)齒輪模態(tài)的固有頻率和振型圖，進行對比分析。得到的結(jié)論為齒輪的動態(tài)設計和齒輪結(jié)構(gòu)相關設備的故障診斷提供了依據(jù)。</p><p>　　關健詞:塑料齒輪鋼質(zhì)齒槍模態(tài)分析振動特性</p><p><b>　　0引言</b></p><p>　　齒輪傳動是機械傳動中最主要的一類傳動，齒輪傳動因其效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、傳動比穩(wěn)定而在工程

15、中得到廣泛應用。由于高性能工程塑料的發(fā)展，加速了以塑代鋼的應用進程，使得塑料在機械工程領域應用的比例不斷增大，制作齒輪的材料也不再限于金屬材料，已發(fā)展到塑料齒輪。國內(nèi)外有關塑料齒輪的應用與理論研究已進行了許多，但和鋼質(zhì)齒輪相比，出現(xiàn)時間較晚，研究時間也較短，而且國內(nèi)外研究人員對塑料齒輪性能和應用等方面的了解還很不成熟，只是在鋼質(zhì)齒輪的基礎上模仿和改進〔’〕。所以，對塑料齒輪進行實驗研究很有必要。由于塑性材料具有勃彈性能，因而具有較明顯的

16、降噪和減振性能。實際上，對于傳遞動力的齒輪來講，當齒輪本體的固有頻率和激振力頻率非常接近的時候，即使是鉆塑性材料齒輪，也會產(chǎn)生共振和較大的噪聲[[2} }3}4321-437A。所以，在進行塑料齒輪設計時，對其進行振動特性的研究是很有必要的。我們利用ANSYS軟件建立齒輪有限元模型，對其進行模態(tài)分析，得到塑料齒輪和合金鋼齒輪的振型和固有頻率，為齒輪的結(jié)構(gòu)設計和優(yōu)化提供依據(jù)。</p><p><b>　　

17、1齒輪模態(tài)分析</b></p><p>　　模態(tài)分析用于確定設計中的結(jié)構(gòu)或機器部件的振動特性即固有頻率和振型。是承受動態(tài)承載荷結(jié)構(gòu)設計中的重要參數(shù)[3]4321-4324。在有限元分析軟件ANSYS中，模態(tài)分析是一個線性分析，可以對有預應力的結(jié)構(gòu)和循環(huán)對稱結(jié)構(gòu)進行模態(tài)分析，模態(tài)分析過程主要分為4個步驟:建模、加載及求解、擴展模態(tài)和結(jié)果后處理。</p><p>　　1.1齒輪有限

18、元模型的建立</p><p>　　ANSYS提供了3種生成模型的方式:直接生成法、用ANSYS創(chuàng)建實體模型、輸人其它模型系統(tǒng)建立的模型。直接生成法適合小型、簡單的模型，其它系統(tǒng)導人的模型如果不適于網(wǎng)格劃分，則需要大量的修補工作。由于齒輪模型相對來說比較復雜，適合采用實體建模法。由有限元理論可知，實體模型是無法直接用來進行有限元計算的，故需對它進行網(wǎng)格劃分以生成有限元模型，而網(wǎng)格劃分的好壞將直接影響有限元計算的結(jié)果

19、的精度。</p><p>　　定義單元類型為Structural solid, Brick 2(}node 95,輸人齒輪參數(shù)，創(chuàng)建關鍵點，連接關鍵點生成齒輪輪廓線，由輪廓線生成齒輪齒面，沿線段拖拉面生成體，顯示單個齒形幾何模}'J，對單個輪齒劃分網(wǎng)格。由于齒輪是循環(huán)體結(jié)構(gòu)，對單個輪齒進行周期擴展，生成塑料齒輪有限元模型如圖1所示，有限元模型節(jié)點數(shù)為3f}tS8個。單元數(shù)為1994個。</p>

20、<p>　　1.2齒輪有限元模型的模</p><p><b>　　態(tài)分析過程</b></p><p>　　在ANSYS的模態(tài)分析中，必須指定彈性模量EX。ANSYS11.0提供了7種模態(tài)提取方法:Block Ianczoe(分塊,t.索斯法),Subspace(子空間法)I'owerDvnamics(動力源法)、Reduced(縮減法)、Un2s

21、ymmetric(非對稱法)、Dam網(wǎng)(阻尼法)、QRDam網(wǎng)( Qlt阻尼法)。我們在本文中采用Block lanczos法提取模態(tài)。</p><p><b>　　圖1齒輪有限元模型</b></p><p>　　齒輪模型建好后，對其進行模態(tài)分析，對齒輪進行模態(tài)分析的目的是求出齒輪各階固有頻率及其對應主振型，因此不需要對其加載，只需對進行自由度約束。約束條件:齒輪的內(nèi)

22、孔圓柱面被約束:s:。設置模態(tài)提取方法為Block Canczos法，設置提取模態(tài)數(shù)為5，由于想要得到單元求解結(jié)果，需要打開“calculate elem re-salts"，指定模態(tài)提取的頻率范圍為0一100000，指定模態(tài)提取法后，ANSYS自動選擇合適的方程求解。</p><p>　　求解計算完成后，查看求解結(jié)果。為了得到整個齒輪模型的模態(tài)分析結(jié)果，對模態(tài)進行擴展，進行擴展求解的優(yōu)點是，對于求得的

23、每一階固有頻率。同時都求解r其對應的模態(tài)振型反映在該固有頻率時，齒輪各節(jié)點的相對位移情況和相對應力情況。設置模態(tài)擴展數(shù)為5，擴展頻率范圍為0一100000.再次進入求解器計算，查看求解結(jié)果，包括固有頻率、已擴展的振型和相應的相對)>il力分布r。</p><p><b>　　2定義材料屬性</b></p><p><b>　　2.1結(jié)構(gòu)用合金鋼<

24、/b></p><p>　　合金鋼材料具有高強度、高韌性、耐磨、耐腐蝕、耐低溫、耐高溫、無磁性等特殊性能。用來制作承受動載荷和重載荷的汽車變速箱齒輪和汽車后橋齒輪等常用于傳動功率大、可靠性高的機械設備中2.2工程材料。</p><p>　　工程材料塑料的特點是:①有自潤性，必要時可以無潤滑運轉(zhuǎn);②可以減少噪聲;③重量輕.具有優(yōu)秀的耐腐蝕性二相對于金屬齒輪，塑料齒輪具有質(zhì)量輕、工業(yè)噪聲

25、小、耐磨損、無須潤滑、可以成型較復雜的形狀、大批量生產(chǎn)成本低等優(yōu)點二但由于塑料本身具有對工作環(huán)境要求高、對溫度較敏感等特性，相對金屬強度也較弱。因而，塑料齒輪同時具有精度低、壽命短、使用環(huán)境要求高等缺點.本文列出兩種材料的機械性能參數(shù)和材料參數(shù)。</p><p>　　3兩種材料模態(tài)分析結(jié)果與比較</p><p><b>　　3.1模態(tài)分析結(jié)果</b></p>

26、;<p>　　定義材料性能參數(shù)后，便對齒輪有限元模型進行模態(tài)分析，得前模態(tài)固有頻率進入PaSI'1后處理器，查看求解結(jié)果，由結(jié)果看出，塑料齒輪與合金鋼齒輪的模態(tài)振型相同，列出齒輪模態(tài)振型如圖2所示</p><p><b>　　。</b></p><p><b>　　圖2模態(tài)振型圖</b></p><p&g

27、t;　　為扭轉(zhuǎn)型，軸上其本無變形，在各端面上表現(xiàn)為相對扭轉(zhuǎn)振型;振型為徑向振:表現(xiàn)為端面上的振動呈現(xiàn)出多邊形振型，軸向上基本無振動。限于篇幅，齒輪振型圖未列出，其振型形狀為對折振型，表現(xiàn)為軸向出現(xiàn)規(guī)則波浪振型，在端面上為規(guī)則多邊形振型。</p><p><b>　　4齒輪固有頻率測試</b></p><p>　　通常用來測試齒輪固有頻率的方法有敲擊法和共振法兩種，采用

28、敲擊法，其具體做法是:將測試齒輪用細的非金屬線懸掛起來，用粘接劑將加速度計安裝在齒輪端面，后接電荷放大器放大輸出信號，輸出信號通過振子光線示波器記錄，將采集到的振動信號輸入頻譜分析儀，然后把示波器上的信號回放至頻譜分析儀，再進行快速傅里葉任TT)變換，得到其傳遞函數(shù)。將多次測量得到的傳遞函數(shù)進行曲線擬合和參數(shù)識別，即可得到測試齒輪的振動模態(tài)參數(shù)(固有頻率、振型、阻尼比等)。</p><p><b>　　

29、5結(jié)論</b></p><p>　　我們采用ANSYS軟件建立齒輪有限元模型，對其進行模態(tài)分析，并對兩種材質(zhì)的齒輪的模態(tài)分析結(jié)果進行比較。得出如下結(jié)論:①塑料齒輪與鋼質(zhì)齒輪的最大應力都位于兩齒間隙的齒根部位，說明齒輪齒根部位承受最大載荷，但合金鋼質(zhì)齒輪的最大應力值遠大于塑料齒輪的最大應力值，約為103倍。最小應力都位于齒輪軸部固定位置。②相對于鋼質(zhì)齒輪，塑料齒輪的固有頻率很低;兩種材質(zhì)齒輪各階次模態(tài)頻