基于Pro_E和ANSYS的建筑机械变速箱的优化.pdf

Chenmical Intermediate 当代化工研究 20170654技术应用与研究 基于Pro/E和ANSYS的建筑机械变速箱的优化 ＊张中飞 罗国富 刘庚 吴达远 （郑州轻工业学院 机电工程学院 河南 450002） 摘要本文基于Pro/E创建建筑机械变速箱的实体模型。实体模型使用IGES格式导入ANSYS软件。采用有限元法计算箱体上盖、下箱的位移，应 变和应力。根据计算结果，变速箱在结构和材料经过优化后，箱体的重量减少了18kg。计算结果表明，优化后变速箱的强度和刚度变化不大。 关键词建筑机械；变速箱；Pro/E；ANSYS；优化 中图分类号T 文献标识码A Optimization of Construction Machinery Gearbox Based on the Pro/E and ANSYS Zhang Zhongfei, Luo Guofu, Liu Geng, Wu Dayuan （School of Mechanical and Electrical Engineering, Zhengzhou University of Light Industry, He’nan, 450002） AbstractIn this paper, based on Pro/E, it creates the physical model of construction machinery gearbox, besides, the entity model imports t he ANSYS software by using the IGES at and uses the finite element to calculate the displacement, strain and stress of the upper cover an d bottom box. According to the calculation results, the weight of the gearbox, which gets the optimization of its structure and materials, is reduced by 18kg. The results show that the strength and stiffness of the gearbox do not have big changes. Key wordsconstruction machinery；gearbox；Pro/E；ANSYS；optimization 1.引言 齿轮减速机是建筑机械的进口传动机构。很长时间以 来，工程机械减速机设计都基于传统设计方法。首先，设计 师寻找相关文件和设计数据，比较设计的减速器和现有的减 饰的树脂的吸附能力都有明显的提高，这是因为在胺基修饰 之后树脂的极性会有很大的增强，树脂和吸附介质之间的偶 极和偶极间的相互作用增强，同时离子交换作用也有明显的 提高，其次，树脂的孔径分布会有一定程度的降低，有利于 对分子大小适当的溴氨酸分子的修复。经过仲胺基团修饰的 树脂，吸附能力有了明显的下降，这是因为孔径的分布过于 增大，使得树脂的比表面积减少造成吸附能力的下降。 上述四种树脂对活性艳蓝的吸附能力由大到小的顺序依 次为仲胺基团修饰的树脂、叔胺基团修饰的树脂、伯胺基团 修饰的树脂以及未修饰的树脂。其中伯胺、仲胺以及叔胺基 团修饰的树脂的吸附能力有了很大的提高。伯胺和叔胺的吸 附能力相当，这是由于树脂的极性官能团之间的偶极和偶极 的相互作用以及离子交换作用造成吸附能力的增加。在对活 性艳蓝的吸收能力评价中，可以看出仲胺树脂的吸附容量最 大，这是由于经过仲胺基团修饰过的树脂不仅在极性上有了 明显的提高，而且树脂的孔径也会增加，适合对于大分子的 活性艳蓝的吸收。 3结论。从上述实验过程和测试中我们可以看出，经 过胺基基团修饰过后的树脂，其比表面积都有相应程度的降 低，其中伯胺和叔胺基团修饰的树脂的孔径变小，而叔胺树脂孔 径却会有明显增大。 从吸附实验中我们可以看出，经过胺基化处理的树脂对 苯酚的吸附能力都有一定程度的降低，这是因为极性对苯酚的 吸附作用不强，而胺基化会使得树脂的比表面积减少，从而吸 附能力降低。伯胺树脂和叔胺树脂对溴氨酸的吸附能力相对于 未修饰的树脂来说有了明显的提高，而仲胺基团修饰的树脂的 吸附能力会有所降低，这是因为分子间离子交换和偶极-偶极 相互作用的原因，而且伯胺树脂和叔胺树脂还有相对合适的较 小的控制，仲胺树脂的孔径却有所增加。经过胺基化处理的树 脂相对于活性艳蓝的吸附努力都有很大的提高，这是因为经过 胺基化处理的树脂来说极性会有很大的提高，适合于对同样具 有极性的活性艳蓝分子的吸附。仲胺树脂对活性艳蓝的吸附 能力最强，这是因为虽然其比表面积会有一定的减少，但是分 子的孔径却会增加，对同样是大分子物质的艳蓝的吸附能力更 强，同样的其控制分布也更为合理适宜。 6.结束语 综上所述，我们通过对不同胺基化处理的大孔树脂的性 能和特点进行详细的分析，指出了胺基化处理对树脂吸附能 力影响的具体表现，同时根据当前胺基树脂的发展情况通过 实验方法例证了不同胺基修饰导致不同吸附能力的原因，并 得出了相关的实验结论。希望能够通过以上的工作，给大孔 胺基树脂的研究工作提供一定的参考，让读者了解在不同的 条件和不同的分子情况中，不同胺基树脂吸附分子能力的影 响因素，并能够从固态反应的角度，了解固态反应的优越性 和科学性，从而促进固态反应的进一步发展。 【参考文献】 [1]余颖,庄源益等.离子交换与吸附[J].2000,165432. [2]YjY,ZhuangYY等,第7届海峡两岸环境保护学术研讨会论文 集[J].武汉武汉大学出版社,200t,p553. [3]8ikeKarcher,AnjaKornmulleret a1.DyesandPigments[J],2001,51 111-125． [4]何炳林黄文强主编,离子交换与吸附树脂[M],上海上海科技 教育出版社,1995. 【作者简介】 孙强（1972），男，天津南开和成科技有限公司；研究方 向高分子化学。 责任编辑李田田 上接第53页 下转第55页 通讯作者郑彦慧（1967），女，天津南开和成科技有限公司；研究方向高分子材料。 20170655技术应用与研究 Chenmical Intermediate 当代化工研究 速机，然后结合设计经验给出设计方案，并检查其组件。 变速箱是齿轮减速机中最复杂的部件。变速箱的载荷很 复杂，包括弯曲应力和扭转应力。如果变速箱的强度很低， 它就不能够承受适当的载荷。传统的设计方法通常使用较大 的安全系数，导致变速箱的重量很重、体积很大，浪费了很 多材料。因此它是很必要用现代的设计方法去优化变速箱。 现在有很多优化方法; 变速箱结构优化是最佳的优化方法。 为了优化它的结构，应该找出和分析其强度最低的部位。因 此，使用了ANSYS软件常常用来分析变速箱的应力，然后 根据ANSYS的分析结果提出相应的优化方法。 2.变速箱模型分析 我们知道，建筑机械的变速箱实体模型很复杂，可以 用ANSYS软件来创建，但非常困难。复杂的组件通常由其 他3D软件来创建，比如Pro/E。变速箱的实体模型由Pro/E来 创建，简化如下。上盖与下箱，通过螺栓连接进行固定，保 证没有相对滑动。因此，上盖和下箱的实体模型分别独立创 建。当模型导入到ANSYS软件中时，为了防止实体部分的 丢失一些结构，有些结构将被忽视，比如螺丝，垫片等。实 体模型,下箱如图1和上盖如图2所示。 图1 下箱 图2 上盖 实体模型在创建完成后应导入到ANSYS软件中。有两种 方法通常被用于在Pro/E和ANSYS之间进行数据交换。一个是 IGES，另一个是在ANSYS软件中 的数据更改界面。 变速箱模型通 过接口引入ANSYS，其Analysis分 析模型如图3。 3.计算与分析 1变速箱模型网格划分 根据相关要求，计算解决方 案为等级6.根据变速箱的结构，使用ANSYS软件工具划分网 格。其中有184692个节点和98738个节点，如图4所示。 图4 模型的网格划分 图5 变速箱的约束 2加载与约束 变速箱的三边通过三个M16螺栓固定在传动板上。约 束和固定位置如图5所示。输入轴的输入转矩根据功率计 算。根据力学模型，计算出输入轴齿轮的反作用力，然后计 算承载力。采用相同的方法计算出中轴和输出轴的反作用 力。 3计算结果 根据载荷和约束条件，得到其应变和应力，如图6、图 7、图8、图9。 图6 变速箱的位移 图7 上盖的应力 图8上盖的应力 图9 下箱的应力 4.变速箱的结果分析与优化 根 据 结 果 可 知 ， 最 小 位 移 、 应 变 和 应 力 分 别 为 0mm，3.14015e-007和0.0191906MPa，最大值为 0.2631825497mm、0.00271047和69.149MPa。原变速箱的 材质为铸铁，极限应力为250MPa。由此我们可以看出变速 箱的设计是保守的。为减轻变速箱的重量，有很多种优化方 法，但适用于建筑机械变速箱的优化常常有三种方法。第一 个是将厚度从30mm减小到20mm。第二个是将板的高度从 120mm降低到60mm.第三个是将材料从铸铁变成铝。通过上 述步骤和方法计算优化变速箱的位移、应变和应力。计算结 果变化不大，因此优化的变速箱满足强度要求和工作条件。 5.结论 在结构优化后，变速箱重量下降5kg，材料重量下降 13kg。优化变速箱的应力远远小于铝的极限应力，并且变 形也微小尺寸内。该箱体是基于原箱体进行了优化，在一些 薄弱部位进行加筋。因此，它的刚度足够，并通过计算结果 得到了验证。 【参考文献】 [1]T.B.Sun and B.J. Liu Design Box Optimization System of YND100 Series Decelerator Based on APDL and VC6.0, Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, Vol. 31 2012, pp. 987-990. [2]赵丽娟,刘红梅基于ANSYS的矿用变速箱优化机械传动. 2007, 31 49-51, 57. [3]J.BrownFuture Gear Pack More Power，Power Transmission Design,32010,pp.38-41. [4]阎昌琪, 郑静,王建军双分支传动两级齿轮减速器的优化设 计，哈尔滨工程大学学报,2011,32 884-889. [5]杨继宏,王宇,吴洋基于Pro/E和ANSYS的模型数据转换研究, 制造自动化,2011,33119-122. 【作者简介】 张中飞（1988），男，郑州轻工业学院 机电工程学院；研究 方向结构优化，复杂产品的云制造平台关键技术研究。 责任编辑李田田 图3 Analysis分析模型