基于ANSYSworkbench的内曲线行星齿轮泵太阳轮模态分析.doc

基于ANSYS workbench的内曲线行星齿轮泵太阳轮模态分析摘要：本文运用ANSYS workbench对内曲线行星齿轮泵的太阳轮进行模态分析，求解获得各阶模态 的两种非圆齿轮和行星轮的固有频率及振型［1.2］，分 析其自振频率，进行合理的选择材料和合理的结构设 计，防止各个齿轮和内曲线齿轮泵发生共振而产生的 振动和噪音，提高内曲线行星齿轮泵的工作性能和寿 命关键词：ansys workbench；内曲线行星齿轮泵；模态分析0引言在内曲线齿轮泵中，齿轮传动机构受到激励会产 生或大或小的机械振动，导致变形过大、振动及噪音 大等不良后果其中齿轮的振动是影响工作的重要因 素，固有频率和振幅是振动系统的固有特性，固有特 性属于系统的动态特性之一，它对系统的响应、产生 载荷的类型等都会产生影响而且这一固有特性是分 析和求解系统的重要基础对于齿轮泵，不合理的齿 轮副设计增大泵的振动，从而影响流量、脉动等特性因此，对内曲线行星齿轮泵进行模态分析是十分必要 的1 ANSYS模态分析的简述模态分析是用来探求系统的零件或部件振动特性 研究各个领域的结构振动特性模态分析中最重要的 两个参数是主振型和固有频率。

典型的无阻尼模态分 析求解的基本方程是经典的特征值问题系统运动微分方程的建立若系统不受外界力作用，得到系统的自由振动方 程.无阻尼自由振动的运动方程为系统含n个固有频率和主振型，每一对都相当于 一个自由的振动系统，系统在自由振动下的振动特性 叫做系统的模态而多自由度系统是n个单自由度的 简谐振动叠加而成的系统3四阶太阳轮的模态分析3.1三维实体的导入和添加材料为了简化计算，此时的模型都没有画出较小尺寸 的圆角和倒角，有些尺寸还进行了稍微的修改调整 对非圆齿轮添加材料时使用的是合金结构钢，其密度 为7.85、弹性模量为2.06ell、泊松比为0.33.2对模型的网格的划分在本实例中，由于实验设备中计算机的运算能力 有限，为了减少计算量，采用自动划分网格3.3施加固定约束及求解对太阳轮孔进行约束［3］，因为模态是受固有特性决定的，与所受的外界的载荷无关，所以不需要设置 边界条件采用Block Lanczos法来对求解项的求解一般在振动系统中，第一振型最重要，而且动能 的最大值决定了自振频率和振型的位移量高频的影 响相对低频而言，高频的影响的较小些通常状况第 一振型对于振动的影响最大某一结构振动可以用不 同阶固有振型的线性组合来计算，其中对系统振动影 响最大的是较低阶数的振型，而且低阶振型影响结构 的动态特性最大。

所以，就定义前1到6阶的固有频 率和振型3.4.计算结果的分析3.4.1太阳轮模态固有频率在Ansys workbench模态分析［4］对模型求解完以后，点击solution下属的Total deformation，即可以 得到1-6阶模态的固有频率（单位HZ）依次为17923、18319、 20668、 21323、 21671、 257673.4.2太阳轮的模态振型运行结束后，依次点击solution下属的Totaldeformation，得出前6阶振型所对应的位移变化云云图中包含了阶数、应变量及对应的频率，显示出了 前6阶振型对应的频率和应变量的大小根据以上数 据可以得到齿轮的模态太阳轮的6阶振型如下图所 不：4结语根据频率图和振型图得出结论，太阳轮的振型主 要是齿轮端面的圆周振振型和齿轮扭转振型组成其 中扭转是齿轮不同位置发生的形变量不同而造成的 不同阶数的非圆齿轮的圆周振的位置是不同的，而且振动的幅度也是不同的由图3得，第一阶振型的应 变量最大，其中低阶的模态振型对振动的响应最大从图中又可以看出齿轮最容易发生的是圆周振齿轮 工作中会受固有频率和振型的影响产生噪声和振动， 为使泵和齿轮不发生共振，最有效的方法就是不为系 统施加与固有频率相等的激励。

参考文献：[1] 唐勇等.渐开线齿轮的模态分析D].机械与电子，2006 (8)： 9-11.[2] 叶友东，周哲波.基于AN SYS圆柱齿轮有限元模 态分析U].机械传动，2006，30 (05)： 63-65.[3] 谢龙汉，刘新让，刘文超编著ANSYS结构及动 力学分析[M].北京：电子工业出版社，2012 (01).[4] 叶友东.基于AN SYS的渐开线直齿圆柱齿轮有 限元分析U].煤矿机械，2004 (06)： 43-45.作者简介：孙晓飞(1987-)，男，安徽亳州人， 硕士研宄生，研宄方向为机械设计及理论。