基于ABAQUS的轴承-齿轮系统模态分析
摘要建立轴承-齿轮系统的有限元模型。齿轮啮合等效为弹簧-阻尼系统,并研究轴承和齿轮啮合的等效平均刚度和阻尼。在ABAQUS软件中计算了轴承-齿轮系统的模态,最终为有限元分析提供一种新的思路。
关键词有限元法;ABAQUS;模态分析;轴承齿轮系统
ABAQUS为用户提供了广泛的功能,且使用起来又非常简单。大量的复杂问题可以通过选项块的不同组合很容易的模拟出来。例如,对于复杂多构件问题的模拟是通过把定义每一构件的几何尺寸的选项块与相应的材料性质选项块结合起来。在大部分模拟中,甚至高度非线性问题,用户只需提供一些工程数据,像结构的几何形状、材料性质、边界条件及载荷工况。在一个非线性分析中,ABAQUS 能自动选择相应载荷增量和收敛限度。他不仅能够选择合适参数,而且能连续调节参数以保证在分析过程中有效地得到精确解。用户通过准确的定义参数就能很好的控制数值计算结果。
由于轴承-齿轮系统的每一级传动均是通过二级齿轮减速实现,是典型的齿轮系统。在齿轮系统中齿轮副啮合效应、齿侧间隙、轴的弹性、轴承径向刚度和轴承径向间隙等因素相互耦合并影响了系统的动态特性,设计过程中要综合考虑这些因素,孤立地研究某一因素,都不能从整体上对系统进行把握。通过该有限元的试验方法,设计人员可以综合考虑影响齿轮系统动态特性的各种因素,在产品的设计阶段就对产品的性能和存在的问题一目了然,从而为产品的改进设计提供了有效的技术途径,并且大大减少了物理样机试制的时间和研制经费的投入,提高了设计效率。
1理论依据
本文中对轴承-齿轮系统的分析,主要是在非线性范围内进行,所以考虑采用Abaqus作为求解器。Abaqus不仅功能强大,而且具有很高的软件兼容性,能为前处理完毕之后计算工作的提交带来诸多方便,此外,其求解结果经过简单转换就能被Hypermesh所读取,能为整个工作带来很大的便利。
2轴承-齿轮系统有限元模型建立
该有限元模型以六面体单元、四边形壳单元为主,还有少部分的连接单元、弹簧阻尼单元、刚性单元。利用Hypermesh统计该模型有111850个单元,132053个节点。
轴承-齿轮系统的整体结构的网格划分如图1所示。
图1轴承-齿轮系统整体结构有限元模型