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摘 要：利用ANSYS软件,建立了谐波齿轮的有限元分析模型.对谐波齿轮的柔轮进行了有限元约束模态分析,通过分析得到了在工作状态下的前十阶模态变形图.变载荷的激扰频率远远小于各阶的固有频率,共振现象不会发生.

关 键 词 ：有限元分析 模态分析 谐波齿轮

中图分类号：TG156 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）05（a）-0032-01

模态分析主要用来研究研究结构动力特性,是一种动力学分析方法.可以用来获得机器中的振动特性,比如振型或者固有频率.由于机器中转子的不平衡,很容易产生共振现象,使得机器的寿命不断减少.由于振动特性决定了结构对动力载荷的响应情况,所以必须要对研究对象进行模态分析.从而获得研究对象的固有频率和振型,避免共振现象的发生[1].

模态分析可以通过建立模型,施加约束和载荷并求解,模态的扩展,约束及后处理等过程来实现[2].

1.有限元模型的建立

本文利用Pro/ENGINEER来建立模型,然后将建好的模型再导入ANSYS中,建好的模型如图1所示.对建好的模型进行网格划分,齿圈处的网格要比筒体的网格划分的密度要大一些.

2.模态分析

由于柔轮的轮齿很小而且数量比较多,所以采用分块兰索斯法提取柔轮模态,以便提高计算效率[3].

在通常情况下,低阶模态下的固有频率比高阶模态下的固有频率更容易发生共振.因此,只需要算出几个低阶模态即可.

首先在划分好网格的有限元模型上施加约束,然后设置模态分析类型,模态扩展和具体参数,最后进行求解.最终得到柔轮前十阶模态分析图.本文只给出前三阶,后七阶略去.（见图2～图4）

3.结果分析

分析结果如表1所示,柔轮的前两阶模态的频率相差不大,第三和第四阶模态的固有频率也十分相似,前四阶的频率分布非常合理.从第五阶开始频率变化较大,有可能会产生共振,共振频率为441.09 Hz.第八阶则产生扭转振动,导致固有频率迅速变大.第十阶为纵向振动和扭转振动的合成.扭转振动会加速柔轮的疲劳损坏.

4.结论

本文对谐波齿轮的柔轮进行了有限元模态分析,通过分析得到了在工作状态下的前十阶模态变形图.分别分析了在各阶状态下的固有频率的振型情况.对柔轮参数的改进提供了理论依据.

参考文献

[1] 董慧敏,张晓青.基于实验建模的谐波齿轮传动柔轮的有限元分析研究[J].机械传动,2001,25（2）：16-20.

[2