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環(huán)面蝸桿的建模及有限元模態(tài)分析
資源天下 2014/5/16 21:05:21
摘 要：本文結(jié)合AutoCAD軟件和Pro/E軟件，模擬實際加工中切削的原理建立了環(huán)面蝸桿的三維模型。同時提出了一種用Workbench分析環(huán)面蝸桿的方法，針對某絞車傳動系統(tǒng)求解六種臨界狀態(tài)下的系統(tǒng)頻率和主振型。將模態(tài)分析結(jié)果與計算得到的嚙合頻率進行比較，分析系統(tǒng)運行時能否發(fā)生共振。所得結(jié)論反映了環(huán)面蝸桿的動力學(xué)特性，同時也為蝸桿傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了理論依據(jù)。
關(guān)鍵詞：環(huán)面蝸桿；建模；模態(tài)分析；振型
1 引言
蝸桿傳動是機械傳動中的一種重要的傳動方式，具有傳動比大、承載能力高、沖擊載荷小、傳動平穩(wěn)、易實現(xiàn)自鎖等優(yōu)點，在國防、冶金、造船、建筑、化工等行業(yè)得到了大量的使用。
本文所研究的蝸桿為二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿，用于慢速絞車的傳動系統(tǒng)中。蝸桿傳動副在工作時，在內(nèi)部和外部激勵下將發(fā)生機械振動。因此，在蝸桿的設(shè)計過程中，除進行基本參數(shù)設(shè)計外，常應(yīng)用有限元法對蝸桿傳動副的固有振動頻率和振型進行分析。在絞車傳動系統(tǒng)中，對蝸桿進行模態(tài)分析，有益于在設(shè)計中掌握蝸桿的振動特性，特別是確定結(jié)構(gòu)或機構(gòu)傳動部件的固有頻率，使設(shè)計者可以避開這些頻率或最大限度地減少對這些頻率的激勵，從而消除過度振動或噪聲。
1 環(huán)面蝸桿實體建模
環(huán)面蝸桿建模方法比較多，有的用VBA語言編輯環(huán)面蝸桿螺旋線的應(yīng)用程序，并在MDT6.0三維繪圖軟件環(huán)境中完成模型的建立；有的利用UG軟件交互式圖形編輯和Matlab建模；有的在Pro/E軟件中，利用笛卡爾坐標系輸入?yún)?shù)方程，生成三條螺旋線，利用邊界混合建立曲面生成模型。本文提出了一種基于Pro/E軟件的更為簡潔和完美的建模方法。
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由圖和表可知，各階模態(tài)的振型和不同之處在于蝸桿的振動方向及幅度大小，發(fā)生振動的部位主要在蝸桿齒面和安裝齒輪的部位，與實際分析吻合，很明顯可以看出6階振動得很厲害，也就是說當(dāng)蝸桿的工作頻率等于3034.1Hz時，蝸桿的共振非常嚴重。本論文所設(shè)計的平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿的振動頻率 Hz，其振動頻率遠遠低于發(fā)生共振的頻率，所以該蝸桿不會發(fā)生共振。
四、結(jié)語
本文的意義在于：
（1）利用CAD軟件和Pro/E軟件建立了環(huán)面蝸桿的實體模型。
（2）用有限元分析法變連續(xù)結(jié)構(gòu)為離散結(jié)構(gòu)，取代了傳統(tǒng)的理論分析[5]。
（3）通過對蝸桿進行受力分析與計算，對其進行施加載荷和約束，得到了前六振型，通過計算的振動頻率與固有頻率進行對比確定其不會發(fā)生共振，進一步證明了設(shè)計的可行性。
參考文獻：
[1]李炳文，王啟廣.礦山機械[M].徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社，2007.
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[3]王金龍，王清明.ANSYS 12.0 有限元分析與范例解析[M].北京：機械工業(yè)出版社，2010.
[4]葉友東.基于ANSYS的漸開線直齒圓柱齒輪有限元分析[J].煤礦機械，2004（6）,43-45.
[5]牛躍文.基于ANSYS的礦用汽車車架有限元模態(tài)分析[J].煤礦機械，2008（4）,98-100.
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