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仿真

采棉头锥齿轮系统有限元耦合固有特性数值分析

发表时间: 2015-10-30  作者: 王方平  朱允龙  蔡亮  凌莎  
针对国产采棉头锥齿轮传动系统在工作中存在复杂振动变形和噪声等问题,以采棉头核心工作部件锥齿轮系统为研究对象,基于NX环境建立锥齿轮系统有限元耦合模型,应用NX NASTRAN解算器对采棉头锥齿轮系统的有限元耦合模型进行固有特性数值模拟分析,研究出锥齿轮系统耦合模型的前20阶固有频率、主振型和总振幅,并输出了前20阶固有频率的位移云图。

0 引言

    某国内机械厂生产的采棉机核心工作部件采棉头锥齿轮系统是一个多自由度的弹性振动系统,作用于该锥齿轮系统的内部激振力和外部激振力使锥齿轮系统产生复杂机械振动变形和噪声污染,严重影响了整个采棉机的工作可靠性和工作人员的舒适性。锥齿轮系统产生复杂振动的动力源是来自于锥齿轮系统的各种内部和外部激振力。根据图1所示的采棉头锥齿轮系统的装配模型和实际工况特点,激振力的产生因素可概括为以下3类:一是采棉机在采摘工作时受到外界冲击的影响产生的激励;二是采棉机发动机运转时,工作冲程燃烧爆发压力和活塞往复运动惯性力产生的简谐激振,通过皮带盘传到锥齿轮系统;三是锥齿轮系统由于制造误差引起的传动齿轮副的啮合激励。如果采棉机锥齿轮系统的某一阶固有频率和这些激振力的激振频率相接近或吻合时,整个系统就会产生共振,导致在采棉头锥齿轮系统的某些工作零件产生较大数值的共振动载荷,并发出强烈的噪声,从而影响了采棉头锥齿轮系统的可靠性和操作人员的舒适性。因此采棉头锥齿轮系统的结构设计要求系统具有一定的固有特性,并且应避开内部齿轮的啮合频率和采棉机工作的外界频率,保证锥齿轮系统具有良好的动态特性。所以,本文中我们对采棉头锥齿轮系统体进行有限元耦合固有特性数值分析研究,研究出采棉头锥齿轮系统的固有频率和振型以及输出各阶频率位移云图,对采棉头锥齿轮系统的可靠性要求、减振和降噪具有重要的工程意义。

1 建立锥齿轮系统的有限元数学模型

    我们研究的该国产采棉头锥齿轮系统包括锥齿箱箱体、法兰盘、轴、皮带盘、锥齿轮、轴承等部件。这些部件是产生激励振动并辐射出噪声的主要部件,因此对采棉头锥齿轮结构系统建模的精确度直接影响对结构系统的有限元耦合固有特性数值分析结果。应用NX软件实体建模功能对采棉头锥齿轮系统各零件进行实体建模,其装配模型如图1所示。在实体建模过程中采取了适当的合理简化包括采棉头锥齿轮箱箱体的圆角、倒角、小圆孔以及不必要的轴肩等。将锥齿轮系统的实体模型导入NX NASTRAN有限元解算器中,应用103模态高级仿真功能,设置系统模型中各零部件的材料属性,并对锥齿箱箱体、齿轮轴和齿轮均采用六面体单元网格划分,根据实际工况和各零件间相对运动关系,建立采棉头锥齿箱的耦合模型。由此建立了采棉头锥齿轮系统的有限元耦合模型,如图2所示,耦合模型包括弹簧单元和六面体单元共计172847个单元,44647个节点。

图l 采棉头锥齿轮系统装配图

图2 采棉头锥齿轮系统有限元模型

    锥齿轮系统是通过箱体的4个螺栓孔将箱体固定在采棉头框架上。因此,锥齿1箱系统有限元耦合模型的边界约束条件是将锥齿箱箱体底端处的4个螺栓孔添加圆柱型约束,各连接件之间采用面对面的黏合方式模拟真实的工况。

 

责任编辑:郝秋红