双螺杆挤出机传动箱有限元分析及优化设计

【摘要】双螺杆挤出机是生产和加工高聚合物材料的重要设备之一,在国内得到了越来越广泛的应用。传动箱作为双螺杆挤出机的组成部分,起着实现电机减速、分配功率的重要作用。由于双螺杆挤出机螺杆间距要求的特殊性,使得传动箱齿轮和箱体的设计也变得复杂,对齿轮参数的选择和箱体的结构设计提出了较高的要求。随着有限元技术的发展和应用,计算机辅助分析(CAE)越来越受到技术人员的重视。ANSYSworkbench是ANSYS有限元分析软件的一种全新的界面。与传统的ANSYS操作界面相比,workbench具有装配体自动分析、网格自动划分以及快捷的优化功能等,大大节省了分析操作的时间。此外,workbench人性化的分析界面让设计人员更加直观和方便的进行有限元分析。本文以南京诚盟机械有限公司生产的SHJ-65A型双螺杆挤出机传动箱为研究对象,以Pro/E和ANSYS为主要应用软件,主要研究内容有三部分：首先,建立传动箱力学模型,分别求出传动箱啮合齿轮间的传动力；根据齿轮传动力和传动力矩计算出各个齿轮轴支撑处的支承反力,进而得到传动箱箱体的受力载荷；完成传动箱主要零件的Pro/E三维建模和传动箱的整机装配,为箱体和齿轮的有限元分析奠定基础。其次,将简化后的箱体和齿轮装配体模型导入ANSYSworkbench界面,创建有限元模型,定义约束和添加载荷,在静力分析模块中完成对齿轮副的静力接触分析和对箱体的静力分析；在动力分析模块分别对箱体和齿轮装配体进行模态分析；箱体静力分析和模态分析的结果为后面的优化设计提供了理论依据。最后,根据静力分析和模态分析的结果,首先对箱体进行结构改造,减轻了箱体质量,消除了局部应力集中的现象和降低了箱体变形量；以最大变形量和第一固有频率值为目标变量,以下箱体四个基本尺寸为设计变量对箱体进行尺寸优化；最后将优化后的箱体进行有限元分析结果检验,变形量变小,固有频率值增大,进一步提高了传动箱的稳定性；对改进后传动箱进行振动测试,验证改进后传动箱的稳定性以及用于实际生产的可行性。
【作者】徐阔；
【导师】张维强；
【作者基本信息】南京农业大学，机械设计及理论，2013，硕士
【关键词】传动箱；workbench；有限元分析；结构优化；尺寸优化；

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