[发明专利]一种船用齿轮箱箱体结构优化设计方法在审

专利信息
申请号: 202111332305.9 申请日: 2021-11-11
公开(公告)号: CN114091192A 公开(公告)日: 2022-02-25
发明(设计)人: 张润博;徐文燕;邵钢;田昊;闫沈松 申请(专利权)人: 哈尔滨广瀚动力传动有限公司
主分类号: G06F30/17 分类号: G06F30/17;G06F30/23;F16H57/02
代理公司: 暂无信息 代理人: 暂无信息
地址: 150078 黑龙江省哈尔滨市松北区智谷二街*** 国省代码: 黑龙江;23
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摘要:
搜索关键词: 一种 齿轮箱 箱体 结构 优化 设计 方法
【说明书】:

发明提供一种船用齿轮箱箱体结构优化设计方法,主要针对现有船用齿轮箱箱体设计还是停留在理论计算、经验类比、模型制作、试验比较、再进行改进的模式,这种模式本末倒置,费时费力,需要花很大代价才能设计出满足要求的齿轮箱结构,并且设计出的齿轮箱未必是最优的这种情况,提出了一种基于HyperWorks分析平台的船用齿轮箱箱体结构优化设计方法。综合利用多种优化方法,以箱体刚度、固有频率、轴承座振动、机脚振动为优化目标或约束条件,对箱体结构中性能较差的地方,如局部应力过大,可能影响传动精度的局部变形,振动幅度过大的部位,提出改进措施,对箱体结构中出现的冗余设计部位进行改进,使箱体既能满足减振降噪要求,又能满足轻量化设计需求。

技术领域

本发明涉及机械设备技术领域,尤其涉及一种船用齿轮箱箱体结构优化设计方法。

背景技术

齿轮箱作为最为常用的机械传动零部件,凭借其传动效率高、结构紧凑、传动比稳定等优点,在汽车、航空、航天及船舶等领域中得到了广泛的应用。齿轮箱主要由传动齿轮副、轴承和箱体等部件组成。由于齿轮自身的制造误差和安装误差等,齿轮在啮合时会引起振动并产生啮合噪声。齿轮轴通过轴承将振动传递给箱体,从而引起整个齿轮箱的振动。齿轮箱的振动是产生舰船辐射噪声的主要根源之一,会直接影响舰船的战斗力。因此对于舰船齿轮箱来说,不仅要求传递功率大、体积小、重量轻,还必须要求其振动噪声小,以提高舰船作战性能。

在齿轮箱减速器的各项结构中,箱体是一个重要组成部件,它是传动零件的基座,应具有足够的强度和刚度。某些大型舰船通常由多台不同形式的主机提供动力,这就要求齿轮箱具备将主机功率平均分配实现主机最佳利用率的能力,而这种齿轮箱通常结构复杂,在实际传动连接中,箱体常因刚度不足会产生畸变进而诱发异常振动,另外工作运行时刚度不足也会产生冲击破坏。对此,传统的设计方法通常还是停留在理论计算、经验类比、模型制作、试验比较、再进行改进的模式,上述设计方法本末倒置,费时费力,需要花很大代价才能设计出满足要求的齿轮箱结构,并且设计出的齿轮箱未必是最优的。

为解决上述问题,本发明基于HyperWorks分析平台提出了一种船用齿轮箱箱体结构优化设计方法。该方法综合利用多种优化方法,以箱体刚度、固有频率、轴承座振动、机脚振动为优化目标或约束条件,对箱体结构中性能较差的地方,如局部应力过大,可能影响传动精度的局部变形,振动幅度过大的部位等,提出改进措施,并对箱体结构中出现的冗余设计部位进行改进,使箱体既能满足减振降噪要求,又能满足轻量化设计需求。

发明内容

本发明的目的是鉴于现有技术的上述缺陷而提供一种船用齿轮箱箱体结构优化设计方法。

本发明的目的是这样实现的:步骤如下:

步骤一:设计箱体并建立箱体三维模型;

步骤二:箱体形貌优化设计,确定加筋位置;

步骤三:进行箱体尺寸优化设计,优化筋板尺寸减轻箱体重量。

本发明还包括这样一些结构特征:

1.箱体形貌优化设计包含以下步骤:

(1)箱体三维模型处理。去除初步设计箱体三维模型中的加强筋特征,使之变成大面板结构。

(2)有限元建模。将处理好的模型导入HyperMesh软件中,确定优化区域,进行网格划分,设定材料属性和单元类型,施加约束和载荷。

(3)使用OptiStruct求解器形貌优化模块进行优化计算。确定设计变量,输入起筋高度、起筋角、加强筋高度,设定响应函数为优化区域的应变能,设定优化目标为应变能最小化,设定约束为箱体固有频率、振动加速度、轴承座变形量、箱体最大应力。计算得到最优加筋位置,在最优加筋位置上进行加筋设计,并进行有限元分析,调整加筋属性直至振动等设计指标满足要求。

(4)利用Hyperview软件进行后处理并输出形貌优化后的三维模型。结合工艺经验进行二次设计。

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