于箱体的许用安全系数。所以箱体所有区域都是安全的。运用疲劳分析功能对箱体进行了疲劳分析，得到箱体在循环次时，疲劳寿命耗用系数为，说明该箱体不会发生疲劳破坏。并且计算了优化后箱体在循环次时，疲劳寿命耗用系数为，说明优化后的箱体同样不会发生疲劳破坏。箱体模态分析模态分析基本思想结构的动态分析和动态设计中，广泛采用模态分析技术。这是种综合振动试验数据处理及计算机技术求取机械结构动态特性的有效工具。在机械结构的现代设计方法中，需要研究结构的固有振动特性外界作用力及其在外力作用下的运动响应三者间的内在关系。通常描述结构振动特性的参数是各阶固有频率阻尼比及振型。这些参数又称为模态参数，所以获取这些参数的方法就称为模态分析技术。模态是机械结构的固有振动特性，每个模态具有特定的固有频率阻尼比和模态振型，这些模态参数可以由计算或实验分析取得。基于线性叠加原理，个复杂的振动系统可以分解为许多模态的叠加，这样个分解过程称为模态分析。任何结构或部件都有固有频率和相应的模态振型，这些属于结构或部件自身的固有属性。如果知道了结构的固有频率，便可在设计时使结构的固有频率避开其在使用过程中外部汲振频率。通过模态分析还可以了解箱体的弯曲刚度和扭转刚度的分布情况。模态分析的基本原理典型的有阻尼结构自由振动的运动方程如下其中系统的质量矩阵系统的阻尼矩阵系统的刚度矩阵位移矩阵外力矩阵如果方程的右端项为零，忽略阻尼的影响，方程的求解变成为特征值问题，计算所得到的特征值及特征向量即为结构的模态参数，这是模态分析的解析方法。令则有代入运动方程则有箱体的模态分析过程中的模态分析是线性分析，在模态分析中只有线性行为是有效的。任何非线性特性，将被忽略。个典型的模态分析过程包括建立有限元模型加载及模态求解扩展模态以及观察结果四个步骤。建立有限元模型。建立有限元模型是对实际物体的仿真，减速器箱体的建立在第二章已有详细的叙述，值得指出的是在定义材料属性时，除了定义材料的弹性模量泊松比外还要定义材料的密度。本箱体的材料密度为。定义完材料属性和单元类型，进行网格划分，形成有限元模型。加载及模态求解。这步中主要定义分析类型指定分析设置定义载荷和边界条件指定加载步过程设置，然后进行有限元分析求解固有频率。在求解结束后，要扩展模态以便观察。进入求解器，定义分析的类型并对求解选项进行设置，分析类型选模态分析提供了种模态提取方法，它们是和。在指定种模态提取方法后，会自动选择合适的方程求解，用户可根据模型的实际情况和需要进行选择。这里选择法，该方法的特点是计算速度较快，输入的参数少，特征值和特征向量的求解精度高，适用于大型对称特征值的求解问题。另外，还需要指定所需提取的模态数,设置提取的模态数为。定义扩展模态选项指定是否需要扩展模态以及需要扩展的模态数目指定是否计算单元应力。除了查看变形以外单元求解的其它结果，则需要打开选项质量矩阵形成方式指定质量矩阵形成方式，对于大多数问题推荐采用系统形成方式④指定预应力效应选项默认情况下，的模态分析是不包含预应力的，要注意的是对于分块兰索斯法，需要指定约束方程处理方法施加荷载在典型的模态分析中只考虑施加零位移的约束，在提取模态时，施加在模型上的力压力加速度等荷载将被忽略，但程序会计算出所加荷载的荷载向量，并写入振型文件中，以便在模态叠加法谐响应分析或瞬态分析中使用。根据箱体的安装方式，定义箱体的输入部分与输出部分为全约束，如图所示。定义载荷步选项模态分析中，唯可用的载荷步选项是阻尼选项和输出控制开始求解计算。扩展模态重新进入求解器，激活，设置扩展模态选项，主要是通过指定频率范围或给定数目，定义要扩展的模态数。进行输出控制，开始扩展处理，退出求解器。如果在模态求解阶段包含了命令，则程序将在求解模态的同时对指定模态进行扩展，模态扩展数为。检查计算结果模态分析的结果被保存在结构分析结果文件中，包括固有频率已扩展的振型等。检查方法是进入通用后处理器就可以读入结果数据。各阶模态以单独的子步保存在结果文件中，子步序数代表了模态的阶数。另外，还可对结果数据进行列表或图形显示，通过显示结构变形图可以查看扩展的振型。箱体模态分析结果在通用后处理器里查看结果，箱体各个阶数的固有频率如表所示，提取阶箱体的变形如图所示。图箱体的载荷的齿面减速器热容量的计算矿山机械，年期杨达毅,陈丽敏齿轮轮齿参数化系列化建模长春工程学院学报自然科学版,郭鹏，韩璞网络在优化计算中的应用计算机仿真，黄圣杰，王俊祥基础及应用教程北京电子工业出版社，诸新伟齿轮传动的动力分析河北职工大学学报朱莉莉,王广欣三级圆柱齿轮减速器参数的优化设计大连铁道学院学报,李广福圆柱齿轮减速器可靠性分析石油工业技术监督,张金海,叶颖民,刘伟涛基于多目标二级圆柱齿轮减速器优化设计湖北工业大学学报,张月英,李焕锋单级斜齿圆柱齿轮的优化与分析机械传动,戴娟,夏尊凤,汪大鹏圆柱齿轮减速器设计中应考虑的问题机械,何春燕斜齿圆柱齿轮传动的多目标模糊优化设计机械制造与自动化,秦东晨,陈江义,胡滨生,王丽霞机械结构优化设计的综述与展望中国科技信息,胡治民,谢志勇圆柱齿轮减速器的优化设计机电工程技术,刘发强,潘十成通过数学建模简化减速器热功率计算矿山机械,刘法山,李明福,王立平硬齿面减速机疲劳分析山东冶金年第期牛小铁直齿圆柱齿轮的模糊优化设计北京工业职业技术学院学报,张静,王铁双圆弧齿轮齿形参数的模糊优化太原理工大学学报,秦汝明，敬付军齿轮减速器优化设计分析成组技术与生产现代化，年期,年期,,,,,,,加方式图箱体的二阶振型图箱体的三阶振型图箱体的四阶振型图箱体的五阶振型图箱体的六阶振型图箱体的七阶振型图第阶箱体方向的位移云图表箱体的各阶固有频率阶次固有频率振型描诉垂直弯曲模态垂直弯曲模态水平扭转模态水平扭转模态弯扭结合模态弯扭结合模态垂直弯曲模态弯扭结合模态水平扭转模态水平扭转模态二阶为垂直弯曲振型，除箱体尾部变形小外，其余均有变形，其中输入连接盘处变形最大。三阶为垂直弯曲振型，表现为箱体二轴部位下弯变形最大。四阶为水平扭转振型，箱体轴承座之间的扭转变形最大，箱体的前端有变形较大变形，后端变形较小。五阶为水平扭转振型，箱体轴承座之间的扭转变形最大，箱体的两端变形较小。六阶为弯扭转振型，上下箱体的散热装置附近处扭转变形最大，同时还有定的弯曲变形。七阶为弯扭结合振型，上下箱体的散热装置附近处弯曲变形最大，且出现了局部变形，同时还有定的扭转变形。此时箱体的固有频率为。图为第阶方向的位移云图，箱体的方向最大变形为。通过箱体的模态分析可以看出箱体轴承座之间比较薄弱，可以加厚加强筋得以改进，从而增加箱体的刚度。另外箱体散热装置附近也是易于出现变形的地方，须采取措施加强此处的刚度和强度。本章小结本章介绍了模态分析的基本原理过程。得到了箱体模态分析的十阶振型及固有频率。通过箱体的模态分析得出箱体轴承座之间比较薄弱，可以加厚加强筋得以改进，从而增加箱体的刚度。另外箱体散热装置附近也是易于出现变形的地方，须采取措施加强此处的刚度和强度。结论本文运用二次开发功能实现了张家口煤矿机械有限公司开发的矿用减速器箱体进行了参数化设计，输入不同的功率输入速度输出速度得到不同规格的箱体，实现了箱体三维可视化设计。通过与的接口，将中的模型导入到中，对箱体进行有限元分析。得到了箱体的受力云图，从箱体的受力云图可以看出箱体没有应力集中现象出现。箱体的最大应力出现在下箱体第三轴承座为远小于材料的许用应力，箱体的设计的预量很大，造成了材料的浪费。根据有限元分析结果，首次将参数程序设计语言与优化设计模块应用于矿用减速器箱体进行优化设计。本文保持箱体内部尺寸不变建立了箱体参数化的模型，以箱体的重量最小为目标函数，对箱体的箱体壁厚等进行了优化，得到了箱体重量的最优值。并对优化后结果进行了分析，结果是箱体的制造材料减少了。运用疲劳分析功能对箱体进行了疲劳分析，得到箱体在循环次时，疲劳寿命耗用系数为，说明该箱体不会发生疲劳破坏。并且计算了优化后箱体在循环次时，疲劳寿命耗用系数为，说明优化后的箱体同样不会发生疲劳破坏。利用单元表来计算箱体的安全系数，从计算结果可以看出，整个箱体的安全系数较大，箱体中最小的安全系数为大于箱体的许用安全系数。说明箱体的设计有很大的预量。运用对减速器箱体模态分析。得到了箱体模态分析的十阶振型及固有频率。通过箱体的模态分析得出箱体轴承座之间比较薄弱，可以加厚加强筋得以改进，从而增加箱体的刚度。另外箱体散热装置附近也是易于出现变形的地方，须采取措施加强此处的刚度和强度。致谢首先我要感谢的是我的导师，本论文是在导师赵丽娟教授的悉心指导下完成的。在此，谨向我的导师，赵丽娟教授，致以崇高的敬意和由衷的感谢。两年多来，导师的正直宽厚以及开明的学术思想务实严谨的工作作风和永不满足的学习态度给我留下了深刻的印象。在两年多的里，导师母亲样无微不至的关爱，以及她高尚的人格渊博的知识都深深的激励着我，从导师的身上我学到了许多知识，还有为人处世的道理等。在论文工作期间，还得到各位同学大量的帮助和支持，在此并表示感谢。感谢给予我精神和物质大力支持的父母和亲人。参考文献卜炎机械传动装置设计手册上册机械工业出版社，唐大放，冯小宁，杨现卿机械设计工程学Ⅱ中国矿业大学出版社，张朝晖结构分析及实例解析机械工业出版社，张洪武，关振群，