NSD500重載齒輪箱體結(jié)構(gòu)有限元分析及改進(jìn)設(shè)計(jì)

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本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)題目 載齒輪箱體結(jié)構(gòu)有限元分析及 改進(jìn) 設(shè)計(jì) 學(xué) 生 姓 名 專 業(yè) 班 級(jí) 指 導(dǎo) 教 師 完 成 日 期 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中期檢查表 學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) 指導(dǎo)教師 選題情況 課題名稱 載齒輪箱體結(jié)構(gòu)有限元分析及改進(jìn)設(shè)計(jì) 難易程度 偏難 適中 √ 偏易 工 作 量 較大 合理 √ 較小 符合規(guī)范化 的要求 任務(wù)書 有 √ 無(wú) 開題報(bào)告 有 √ 無(wú) 外文翻譯質(zhì)量 優(yōu) 良 √ 中 差 學(xué)習(xí)態(tài)度 出勤情況 好 √ 一般 差 工作進(jìn)度 快 按計(jì)劃進(jìn)行 √ 慢 中期工作匯報(bào)及解答問(wèn)題情況 優(yōu) 良 中 差 中期成績(jī)?cè)u(píng)定： 所在專業(yè)意見： 負(fù)責(zé)人 年 月 日 實(shí)習(xí)報(bào)告 3 月 9 日下午我們?cè)谘芯可鷰熜值膸ьI(lǐng)下來(lái)到了揚(yáng)力集團(tuán)進(jìn)行參觀實(shí)習(xí)， 我們乘校車來(lái)到揚(yáng)州揚(yáng)力集團(tuán)，在企業(yè)門口 師兄 為我們講述了公司的歷史，加工流程，人員結(jié)構(gòu)，主要產(chǎn)品等。揚(yáng)力集團(tuán)位 于揚(yáng)州經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)揚(yáng)力科技園內(nèi)，集團(tuán)注冊(cè)資本總額為1 億元，占地面積 1200 畝，固定資產(chǎn)總值 元，擁有員工 1900 多人。集團(tuán)長(zhǎng)期致力于沖、剪、折、激光等各類中高檔金屬板材加工機(jī)械的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售，產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于航空、汽車 、軍工、電器、五金、造幣等生產(chǎn)領(lǐng)域，并遠(yuǎn)銷歐美、東南亞等幾十個(gè)國(guó)家和地區(qū)。 江蘇揚(yáng)力集團(tuán)有限公司是專業(yè)從事鍛壓機(jī)械設(shè)計(jì)、制造的企業(yè)，前身為揚(yáng)州第二鍛壓機(jī)床廠，始建于 1956 年。 揚(yáng)力集團(tuán)的產(chǎn)品主要有氣動(dòng)摩擦離合器壓力機(jī)、閉式壓力機(jī)、半閉式壓力機(jī)、高速壓力機(jī)、行程可調(diào)壓力機(jī)、開式安全型壓力機(jī)、深喉頸壓力機(jī)、數(shù)控激光切割機(jī)、數(shù)控減板機(jī)、液壓機(jī)等。 集團(tuán)總部位于揚(yáng)州經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)內(nèi)，集團(tuán)注冊(cè)資本總額為 1 億元，占地面積 1500 畝，固定資產(chǎn)總值 元，現(xiàn)有員工 4000 多人，其中各類工程技術(shù)及科研人員 500 多人。 揚(yáng)力集團(tuán)始 創(chuàng)于 1966 年，總部坐落于長(zhǎng)三角沿江工業(yè)走廊核心區(qū)域的揚(yáng)州市邗江經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)?，F(xiàn)有員工 6000 余人，占地面積 1600 畝，注冊(cè)資本 1 億元，資產(chǎn)總額 22 億元。憑借得天獨(dú)厚的區(qū)域環(huán)境和自身優(yōu)勢(shì)，揚(yáng)力集團(tuán)以 46 年的光輝歷程，創(chuàng)造了我國(guó)鍛壓機(jī)床發(fā)展史上一個(gè)又一個(gè)奇跡，先后榮獲“國(guó)家重點(diǎn)高新技術(shù)企業(yè)”、“中國(guó)鍛壓機(jī)床排頭兵”、“中國(guó)機(jī)械企業(yè) 500 強(qiáng)”、“全國(guó)五一勞動(dòng)獎(jiǎng)狀”等榮譽(yù)和稱號(hào)。 2008 年，揚(yáng)力商標(biāo)被國(guó)家工商總局正式認(rèn)定為“中國(guó)馳名商標(biāo)”。致力于沖、剪、折、激光等各類中高端金屬板材設(shè)備的開發(fā)研制，實(shí)施以“品牌、品質(zhì) 、品位”為一體的“三品”戰(zhàn)略，打造技術(shù)一流的職工團(tuán)隊(duì)，創(chuàng)造國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的產(chǎn)品品牌，產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于航空、汽車、家電、五金、造幣等生產(chǎn)領(lǐng)域，并遠(yuǎn)銷歐美、東南亞等幾十個(gè)國(guó)家和地區(qū)。 壓力機(jī)是一種結(jié)構(gòu)精巧的通用性壓力機(jī)。具有用途廣泛，生產(chǎn)效率高 等特點(diǎn)，壓力機(jī)可廣泛應(yīng)用于切斷、沖孔、落料、彎曲、鉚合和成形等工藝。通過(guò)對(duì)金屬坯件施加強(qiáng)大的壓力使金屬發(fā)生塑性變形和斷裂來(lái)加工成零件。機(jī)械壓力機(jī)工作時(shí)由電動(dòng)機(jī)通過(guò)三角皮帶驅(qū)動(dòng)大皮帶輪 (通常兼作飛輪 )，經(jīng)過(guò)齒輪副和離合器帶動(dòng)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，使滑塊和凸模直線下行。機(jī)械壓力機(jī)在 鍛壓工作完成后滑塊程上行，離合器自動(dòng)脫開，同時(shí)曲柄軸上的自動(dòng)器接通，使滑塊停止在上止點(diǎn)附近。壓力機(jī)按機(jī)械分類分為螺旋壓力機(jī)、曲柄壓力機(jī)、摩擦壓力機(jī)、多工位壓力機(jī)等。壓力機(jī)由四部分組成：上壓式四立柱油壓機(jī)；組合控制機(jī)柜；電加熱系統(tǒng)和保溫裝置；模具輸送臺(tái)架。上述組成采用一體化設(shè)計(jì)，使之造型大方、美觀，結(jié)構(gòu)緊湊 操作簡(jiǎn)單可靠，維護(hù)方便。壓力機(jī)通常由電動(dòng)機(jī)通過(guò)摩擦盤帶動(dòng)飛輪輪緣而使飛輪旋轉(zhuǎn)，所以這種壓力機(jī)又稱摩擦壓力機(jī)，中國(guó)最大的摩擦壓力機(jī)為25 兆牛。更大規(guī)格的壓力機(jī)用液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)飛輪，稱為液壓螺旋壓力機(jī)，最大規(guī)格 的有 125 兆牛。后來(lái)又出現(xiàn)用電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)飛輪的電動(dòng)壓力機(jī)，它的結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)環(huán)節(jié)少，由于換向頻繁，對(duì)控制電器要求較高，并需要特殊電機(jī)。 我們這次主要是參觀了 壓力機(jī)裝配車間，進(jìn)入車間只見一臺(tái)臺(tái)壓力機(jī)機(jī)架整齊的排列著，在師兄的介紹下我們知道了現(xiàn)在揚(yáng)力集團(tuán)主生產(chǎn)的壓力機(jī)種類繁多，如高精度、高性能壓力機(jī)，高速壓力機(jī)，閉式壓力機(jī)等。通過(guò)這些機(jī)架更加深刻的了解了液壓機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，工作原理，工作時(shí)的內(nèi)部受力狀況等。我們通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)參觀結(jié)合在書本上學(xué)習(xí)到的知識(shí)讓我們有了更加直觀的理解，以前不明白的地方在現(xiàn)場(chǎng)的觀察下也變得豁然開 朗。 生產(chǎn)實(shí)習(xí)是我們機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)知識(shí)結(jié)構(gòu)中不可缺少的組成部分，并作為一個(gè)獨(dú)立的項(xiàng)目列入專業(yè)教學(xué)計(jì)劃中。其目的在于通過(guò)實(shí)習(xí)使學(xué)生獲得基本生產(chǎn)的感性知識(shí)，理論聯(lián)系實(shí)際。擴(kuò)大知識(shí)面；同時(shí)專業(yè)實(shí)習(xí)又是鍛煉和培養(yǎng)學(xué)生業(yè)務(wù)能力及素質(zhì)的重要渠道，培養(yǎng)當(dāng)代大學(xué)生具有吃苦耐勞的精神，也是學(xué)生接觸社會(huì)、了解產(chǎn)業(yè)狀況、了解國(guó)情的一個(gè)重要途徑，逐步實(shí)現(xiàn)由學(xué)生到社會(huì)的轉(zhuǎn)變。培養(yǎng)我們初步擔(dān)任技術(shù)工作的能力、初步了解企業(yè)管理的基本方法和技能；體驗(yàn)企業(yè)公關(guān)的內(nèi)容和方法。這些實(shí)際知識(shí)，對(duì)我們學(xué)習(xí)后面的課程乃至以后的工作，都是十 分必要的基礎(chǔ) 。 這次實(shí)習(xí)使我親身感受了所學(xué)知識(shí)與實(shí)際的應(yīng)用，各種機(jī)床和儀器等等使用理論與實(shí)際相結(jié)合，讓我打開眼界。也是對(duì)以前所學(xué)知識(shí)的一個(gè)初審。這次實(shí)習(xí)對(duì)我以后的學(xué)習(xí)、工作也是受益匪淺，在短短的幾周內(nèi)讓我初步理性回到感性的重新認(rèn)識(shí)，也讓我初步的認(rèn)識(shí)這個(gè)社會(huì)，對(duì)于以后做人所應(yīng)把握的方向也有所啟發(fā)！ I 中文摘要 有限元分析法是 由 于結(jié)構(gòu)力學(xué)分析迅速發(fā)展起來(lái)的一種現(xiàn)代計(jì)算方法，對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與分析具有重要意義。本論文以齒輪箱體為研究對(duì)象，運(yùn)用有限元分析軟件 進(jìn)行有限元結(jié)構(gòu)靜態(tài)分析、模態(tài)分析以及結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。 針對(duì)齒輪箱體承受較大載荷的特點(diǎn)，分析齒輪箱體的受載情況，利用三維 模 型軟件 入到 件中建立有限元靜力學(xué)模型，分析計(jì)算在初始工況下齒輪箱的應(yīng)力與應(yīng)變分布規(guī)律。根據(jù)分析結(jié)果，在滿足齒輪箱體結(jié)構(gòu)安全的條件下，對(duì)齒輪箱體進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。優(yōu)化后的齒輪箱體重量減輕，并且強(qiáng)度分布趨于均勻，結(jié)構(gòu)變得更加合理，具有一定的理論和工程實(shí)用價(jià)值。 利用 件對(duì)齒輪箱體進(jìn)行模態(tài)分 析，計(jì)算箱體的前 10階模態(tài)，得到該齒輪箱體的固有頻率和振型。對(duì)各階模態(tài)進(jìn)行分析，為進(jìn)一步 動(dòng)態(tài)分析優(yōu)化做基礎(chǔ)。 最后對(duì)本論文的研究?jī)?nèi)容進(jìn)行了總結(jié)和展望。 關(guān)鍵詞：齒輪箱體，有限元法，靜力分析，模態(tài)分析，優(yōu)化設(shè)計(jì) he is a of of It is of to of as of A by to of a of of is is to a is at As a we s to To a to As a is by of is of is of is we of it of So a s 錄 中文摘要 一章 緒論 ..................................................................................................... 1 載齒輪箱體概述 .................................................... 1 題來(lái)源及選題的目的和意義 ......................................... 1 題來(lái)源 ............................................................................................................. 1 題的目的和意義 ............................................................................................. 1 題研究的內(nèi)容和要解決的問(wèn)題 ................................................................................. 2 第二章 有限元與應(yīng)用軟件簡(jiǎn)介 ..................................................................... 4 限單元法 ..................................................................................................................... 4 限單元法的基本特點(diǎn) ....................................................................................... 4 限單元法的發(fā)展與現(xiàn)狀 ................................................................................... 4 限單元法的優(yōu)點(diǎn) .............................................................................................. 5 限單元法的基本步驟 ...................................................................................... 5 限元應(yīng)用 ........................................................................................................... 6 械 關(guān)軟件介紹 .................................................................................... 6 件 ................................................................................................... 6 件 ..................................................................................... 7 析與優(yōu)化介紹 ............................................................................................................ 8 力分析 ............................................................................................................... 8 觸分析 .............................................................................................................. 9 態(tài)分析 ............................................................................................................. 10 化設(shè)計(jì) .............................................................................................................. 11 章小結(jié) ....................................................................................................................... 11 第三章 輪箱體的有限元分析 .......................................................... 12 用 行有限元分析 .............................................................. 14 立幾何模型 ..................................................................................................... 14 分網(wǎng)格 ............................................................................................................. 16 加約束 ............................................................................................................. 17 加載荷 .............................................................................................................. 18 解 ..................................................................................................................... 20 處理 ....................................................................................... 20 力和應(yīng)變要求 ................................................................................................ 20 力與應(yīng)變結(jié)果顯示 ......................................................................................... 21 章小結(jié) ...................................................................................................................... 24 第四章 齒輪箱體的優(yōu)化設(shè)計(jì) ....................................................................... 26 化設(shè)計(jì) ...................................................................................................................... 26 化原則 ............................................................................................................ 26 化方案 ............................................................................................................ 26 方案計(jì)算結(jié)果的比較 .................................................................................... 36 方案節(jié)省材料的比較 .................................................................................... 36 析比較優(yōu)化方案 ............................................................................................ 36 章小結(jié) ...................................................................................................................... 37 第五章 齒輪箱體的模態(tài)分析 ....................................................................... 38 態(tài)分析的概述 .......................................................................................................... 38 束模態(tài)分析 .............................................................................................................. 39 由模態(tài)分析 .............................................................................................................. 45 章小結(jié) ...................................................................................................................... 48 第六章 總結(jié)與展望 ....................................................................................... 49 致謝 .................................................................................................................. 50 參考文獻(xiàn) .......................................................................................................... 51 載齒輪箱體結(jié)構(gòu)有限元分析及改進(jìn)設(shè)計(jì) 1 第一章 緒論 載齒輪箱體概述 齒輪箱又名變速箱，是一種動(dòng)力傳達(dá)機(jī)構(gòu)，也是一種減速傳動(dòng)裝置，是傳動(dòng) 系統(tǒng)中的重要組件，是軸承、齒輪等零部件安裝的基礎(chǔ)，齒輪箱作為傳遞動(dòng)力的部件，在現(xiàn)代機(jī)械設(shè)備中是不可或缺的 [1]。 齒輪箱的用途：（ 1）加速減速 ,就是常說(shuō)的變速齒輪箱。（ 2）改變傳動(dòng)方向 ,例如我們用兩個(gè)扇形齒輪可以將力垂直傳遞到另一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸。（ 3）改變轉(zhuǎn)動(dòng)力矩 速度轉(zhuǎn)的越快的齒輪 ,軸所受的力矩越小 ,反之越大。（ 4）離合功能 : 我們可以通過(guò)分開兩個(gè)原本嚙合的齒輪 ,達(dá)到把發(fā)動(dòng)機(jī)與負(fù)載分開的目的。比如剎車離合器等。（ 5）分配動(dòng)力，例如我們可用一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī) ,通過(guò)齒輪箱主軸帶動(dòng)多個(gè)從軸從而實(shí)現(xiàn)一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)帶動(dòng) 多個(gè)負(fù)載的功能 [4]。 齒輪箱在受到外界激勵(lì)時(shí) 無(wú)法 避免地產(chǎn)生振動(dòng)，箱體要承受各種載荷并產(chǎn)生應(yīng)力和變形 [2]，齒輪箱是機(jī)組變速、能量傳遞的關(guān)鍵部件，也是故障發(fā)生率最高的部件，其運(yùn)行的穩(wěn)定性會(huì)影響到整機(jī)性能，惡劣環(huán)境下，更換率甚至?xí)_(dá)到 100%[3]。 因此，開展大功率齒輪箱靜力分析與優(yōu)化減重設(shè)計(jì)、模態(tài)分析與控制齒輪箱系統(tǒng)的振動(dòng)與噪聲己成為重要的研究課題。 題來(lái)源及選題的目的和意義 題來(lái)源 本課題來(lái)源于 南京高速齒輪廠 ， 輪箱體是根據(jù)市場(chǎng)需求開發(fā)研制的產(chǎn)品，適用艦船等重載運(yùn)輸工具。要 求我們運(yùn)用有限元分析技術(shù)，對(duì) 輪箱體進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析并給出優(yōu)化方案。通過(guò)本課題的研究 ,為提高該產(chǎn)品的性能，質(zhì)量和壽命，降低產(chǎn)品成本提供科學(xué)計(jì)算分析的依據(jù)，增強(qiáng)其產(chǎn)品在市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力。 題的目的和意義 目前，我國(guó)齒輪箱行業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝開發(fā)、制造裝備和檢測(cè)試驗(yàn)等綜合技術(shù)水平相當(dāng)于發(fā)達(dá)國(guó)家上世紀(jì)九十年代中后期水平，落后十到十五年。一方面，中低端產(chǎn)品產(chǎn)能過(guò)剩，同質(zhì)化惡性競(jìng)爭(zhēng)；另一方面，高端產(chǎn)品能力不足，汽車、工程機(jī)械、高鐵、煤機(jī)和大型農(nóng)機(jī)等的高端齒輪傳動(dòng)裝置（包括行星傳動(dòng)）大 量依賴進(jìn)口 ,且進(jìn)出口逆差逐年加大。 國(guó)外對(duì)齒輪箱的可靠性非常重視，但仍然有載齒輪箱體結(jié)構(gòu)有限元分析及改進(jìn)設(shè)計(jì) 2 如此大比例的實(shí)效。而在國(guó)內(nèi)，由于缺乏技術(shù)等相關(guān)積累，齒輪箱在運(yùn)行 3 年 5 年后，失效率較國(guó)外水平高出一倍。高昂的故障處理費(fèi)用使業(yè)主、整機(jī)廠家、齒輪箱廠家苦不堪言。如何提高齒輪箱全壽命周期收益，提升行業(yè)整體盈利水平，已成為行業(yè)內(nèi)的重要課題 [5]。隨著目前行業(yè)成本壓力的不斷增大，勢(shì)必會(huì)有部分成本縮減在制造及質(zhì)量控制上（例如質(zhì)量控制人力的減少等）上，最終將影響產(chǎn)品品質(zhì)。從技術(shù)角度出發(fā)，需要不斷加大技術(shù)及質(zhì)量控制投入力度，不斷提升產(chǎn)品質(zhì)量，前期 投入略高卻可以達(dá)到降低產(chǎn)品故障率的目的 [6]。 與國(guó)外先進(jìn)水平相比，研發(fā)周期是國(guó)外同類產(chǎn)品的 2～ 3倍，使用壽命是國(guó)外同類產(chǎn)品的 30%～ 50%,形勢(shì)相當(dāng)嚴(yán)峻 [7]。 由于國(guó)內(nèi)發(fā)展時(shí)間較短，缺乏經(jīng)驗(yàn)積累，故大多采用國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，大多引自國(guó)外的專業(yè)設(shè)計(jì)公司，在擁有先進(jìn)的設(shè)計(jì)技術(shù)的同時(shí)，制造、工藝能力卻缺乏積累，相對(duì)落后，導(dǎo)致制造能力無(wú)法滿足設(shè)計(jì)需要，難以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)目標(biāo)。另外，前期發(fā)展過(guò)程中過(guò)度注重產(chǎn)量，忽略了對(duì)質(zhì)量的嚴(yán)格要求。這也是目前故障率居高不下的一個(gè)重要原因 [3]。隨著目前行業(yè)成本壓力的不斷增大，勢(shì)必會(huì)有部分成 本縮減在制造及質(zhì)量控制上（例如質(zhì)量控制人力的減少等）上，最終將影響產(chǎn)品品質(zhì)。從技術(shù)角度出發(fā)，需要不斷加大技術(shù)及質(zhì)量控制投入力度，不斷提升產(chǎn)品質(zhì)量。 本課題的目的在于鞏固和擴(kuò)大我們?cè)谛Ｆ陂g所學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)和專業(yè)知識(shí)，訓(xùn)練我們綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，提高分析和解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力。通過(guò)對(duì)齒輪箱箱體的 應(yīng)變場(chǎng)分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)，使學(xué)生能夠掌握有限元模型的建立、邊界條件的確定、荷載施加及結(jié)構(gòu)分析的方法，為提高產(chǎn)品的性能，質(zhì)量和壽命提供科學(xué)依據(jù)。 題研究的內(nèi)容和要解決的問(wèn)題 （ 1）主要內(nèi)容 運(yùn)用有限元分析軟件 輪箱體 進(jìn)行有結(jié)構(gòu)靜態(tài)分析、模態(tài)分析以及結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。利用靜態(tài) 分 析，校核 齒輪箱體 的剛度和強(qiáng)度，并且根據(jù)分析的結(jié)果進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)以達(dá)到降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益 的目的 。模態(tài)分析可以求出 齒輪箱體 振動(dòng)的固有頻率以及相應(yīng)的振型，分析各種振型對(duì) 齒輪箱 工作狀態(tài)的影響。這對(duì)于了解 齒輪箱 現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性以及進(jìn)而改善其結(jié)構(gòu)具有重要的意義，為 齒輪箱體 的設(shè)計(jì)提供了理論計(jì)算和現(xiàn)實(shí)依據(jù)。 載齒輪箱體結(jié)構(gòu)有限元分析及改進(jìn)設(shè)計(jì) 3 （ 2）技術(shù)要求 1） 要求校核 輪箱在承載條件下的剛度和強(qiáng)度。 2）要求在保證齒輪箱強(qiáng)度和剛度的條件下對(duì)齒輪箱主要部件進(jìn) 行優(yōu)化設(shè)計(jì)。 3）分析齒輪箱的模態(tài)，并對(duì)齒輪箱的工作狀況進(jìn)行評(píng)估 （ 3） 方案制定 1）對(duì) 輪箱體結(jié)構(gòu) 進(jìn)行三維實(shí)體建模； 2）了解 輪箱工作性質(zhì)狀態(tài)；對(duì)工作載荷分析，確定邊界條件及加載方案； 3） 劃分網(wǎng)格，進(jìn)行有限元結(jié)構(gòu)靜態(tài)分析，求出 輪箱體 的應(yīng)力和應(yīng)變分布規(guī)律， 評(píng)價(jià)載荷對(duì) 輪箱工作性能的影響； 4） 對(duì) 輪箱體 模型進(jìn)行自由模態(tài)分析，求解 機(jī)身 固有頻率以及相應(yīng)的振型等動(dòng)態(tài)參數(shù)，分析其對(duì)工作狀況的影響。 5） 在應(yīng)力集中區(qū)采取措施改善應(yīng)力；在低應(yīng)力區(qū)域， 減少 材料 ，以減輕部件質(zhì)量。重新進(jìn)行有限元分析，檢驗(yàn)改變尺寸后的剛度和強(qiáng)度。重復(fù)以上步驟，直到獲取最佳方案。 載齒輪箱體結(jié)構(gòu)有限元分析及改進(jìn)設(shè)計(jì) 4 第二章 有限元與應(yīng)用軟件簡(jiǎn)介 限單元法 有限元分析是用較簡(jiǎn)單的問(wèn)題代替復(fù)雜問(wèn)題后再求解 [8]。它將求解域看成是由許多稱為有限元的小的互連子域組成，對(duì)每一單元假定一個(gè)合適的 (較簡(jiǎn)單的）近似解，然后推導(dǎo)求解這個(gè)區(qū)域總的滿足條件，從而得到問(wèn)題的解。這個(gè)解不是準(zhǔn)確解，而是近似解，因?yàn)閷?shí)際問(wèn)題被較簡(jiǎn)單的問(wèn)題所代替。由于大多數(shù)實(shí)際問(wèn)題難以得到準(zhǔn)確解，而有限元不僅計(jì)算精度高，而且能適應(yīng)各種 復(fù)雜形狀，因而成為行之有效的工程分析手段 [9]。 限單元法的基本特點(diǎn) 有限元方法與其他求解邊值問(wèn)題近似方法的根本區(qū)別在于它的近似性僅限于相對(duì)小的子域中。 20 世紀(jì) 60 年代初首次提出 結(jié)構(gòu)力學(xué) 計(jì)算有限元概念的克拉夫（ 授形象地將其描繪為： “有限元法 = +分片函數(shù) ”，即有限元法是 的一種局部化情況 [10]。不同 于求解（往往是困難的）滿足整個(gè)定義域邊界條件的允許函數(shù)的 ，有限元法將函數(shù)定義在簡(jiǎn)單幾何形狀（如二維問(wèn)題中的三角形或任意四邊形）的單元域上（分片函數(shù)），且不考慮整個(gè)定義域的復(fù)雜邊界條件，這是有限元法優(yōu)于其他近似方法的原因之 一。 限單元法的發(fā)展與現(xiàn)狀 20世紀(jì) 50年代中期至 60年代末 ,有限元法出現(xiàn)并迅猛發(fā)展 ,由于當(dāng)時(shí)理論尚處于初級(jí)階段計(jì)算機(jī)的硬件及軟件也無(wú)法滿足需求 ,有限元法和有限元程序無(wú)法在工程上普及 [7]。到 60年代末至 70年代初 ,出現(xiàn)了大型通用有限元程序 ,它們以功能 強(qiáng)、用戶使用方便、計(jì)算結(jié)果可靠和效率高而逐漸形成新的技術(shù)商品 ,成為結(jié)構(gòu)工程強(qiáng)有力的分析工具。有限元發(fā)展至今，已由二維問(wèn)題擴(kuò)展到三維問(wèn)題、板殼問(wèn)題，由靜力學(xué)問(wèn)題擴(kuò)展到動(dòng)力學(xué)問(wèn)題、穩(wěn)定性問(wèn)題，由結(jié)構(gòu)力學(xué)擴(kuò)展到流體，力學(xué)、電磁學(xué)、傳熱學(xué)等學(xué)科，由線性問(wèn)題擴(kuò)展到非線性問(wèn)題，由彈性材料擴(kuò)展到彈塑性。塑性、黏塑性和復(fù)合材料，從航空技術(shù)領(lǐng)域擴(kuò)展到航天、土木建筑、機(jī)械制造、水利工程、造船、電子技術(shù)及原子能等。由單一物理場(chǎng)的求解擴(kuò)展到多物理場(chǎng)的耦合，其應(yīng)用的深度和廣度都得到了極大地拓展 [11]。 載齒輪箱體結(jié)構(gòu)有限元分析及改進(jìn)設(shè)計(jì) 5 目前的商用有限元程序不僅分析 功能幾乎覆蓋了所有的工程領(lǐng)域 ,其程序使用也非常方便 [12]。當(dāng)前 ,在我國(guó)工程界比較流行、被廣泛使用的大型有限元分析軟件主要有 :是 有限元方法存在著某些固有的缺陷。例如：有限元采用的是連續(xù)性的位移近似函數(shù)，對(duì)于裂紋類強(qiáng)間斷問(wèn)題，為獲得足夠的計(jì)算精度，需要對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行足夠的細(xì)分，計(jì)算量極大 [13]。在采用拉格朗日法求解金屬?zèng)_壓成形、裂紋動(dòng)態(tài)擴(kuò)展、流固耦合、局部剪切等涉及特大變形問(wèn)題時(shí)，有限元網(wǎng)格可能會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重扭曲，使計(jì)算精度急 劇下降甚至計(jì)算無(wú)法繼續(xù)等問(wèn)題，所以還需要不斷去發(fā)展 [14]。 限單元法的優(yōu)點(diǎn) （ 1）有限元法具有極大的通用性和靈活性，幾乎適用于求解所有的連續(xù)介質(zhì)及場(chǎng)問(wèn)題。 （ 2）對(duì)于同一類問(wèn)題的有限元法，可以編制出通用的程序，應(yīng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算。 （ 3）只要適當(dāng)加密單元的網(wǎng)格，就可以達(dá)到工程要求的精度。 （ 4）有限元法采用矩陣形式的表達(dá)，便于編程序，可以充分利用高速計(jì)算機(jī)所提供的方便。 限單元法的基本步驟 第一步：?jiǎn)栴}及求解域定義：根據(jù)實(shí)際問(wèn)題近似確定求解域的物理性質(zhì)和幾何區(qū)域。 第二步： 求解域離散化：將求解域近似為具有不同有限大小和形狀且彼此相連的有限個(gè)單元組成的離散域，習(xí)慣上稱為有限元網(wǎng)絡(luò)劃分。顯然單元越?。ňW(wǎng)格越細(xì)）則離散域的近似程度越好，計(jì)算結(jié)果也越精確，但計(jì)算量及誤差都將增大，因此求解域的離散化是有限元法的核心技術(shù)之一。 第三步：確定狀態(tài)變量及控制方法：一個(gè)具體的物理問(wèn)題通常可以用一組包含問(wèn)題狀態(tài)變量邊界條件的微分方程式表示，為適合有限元求解，通常將微分方程化為等價(jià)的泛函形式。 第四步：?jiǎn)卧茖?dǎo)：對(duì)單元構(gòu)造一個(gè)適合的近似解，即推導(dǎo)有限單元的列式，其中包括選擇合理的單元 坐標(biāo)系 ，建立單元試函數(shù)，以某種方法給出單元各狀態(tài)變量的離散關(guān)系，從而形成單元矩陣（結(jié)構(gòu)力學(xué)中稱剛度陣或柔度陣）。 載齒輪箱體結(jié)構(gòu)有限元分析及改進(jìn)設(shè)計(jì) 6 為保證問(wèn)題求解的收斂性，單元推導(dǎo)有許多原則要遵循。 對(duì)工程應(yīng)用而言，重要的是應(yīng)注意每一種單元的解題性能與約束。例如，單元形狀應(yīng)以規(guī)則為好，畸形時(shí)不僅精度低，而且有缺秩的危險(xiǎn)，將導(dǎo)致無(wú)法求解。 第五步：總裝求解：將單元總裝形成離散域的總矩陣方程（聯(lián)合 方程組 ），反映對(duì)近似求解域的離散域的要求，即單元函數(shù)的連續(xù)性要滿足一定的連續(xù)條件。總裝是在相鄰單元結(jié)點(diǎn)進(jìn)行，狀態(tài)變量及其導(dǎo)數(shù)（可能的話）連續(xù)性建立在結(jié)點(diǎn)處。 第六步：聯(lián)立方程組求解和結(jié)果解釋：有限元法最終導(dǎo)致聯(lián)立方程組。聯(lián)立方程組的求解可用直接法、迭代法和隨機(jī)法。求解結(jié)果是單元結(jié)點(diǎn)處狀態(tài)變量的近似值。對(duì)于計(jì)算結(jié)果的質(zhì)量，將通過(guò)與設(shè)計(jì)準(zhǔn)則提供的允許值比較來(lái)評(píng)價(jià)并確定是否需要重復(fù)計(jì)算。 簡(jiǎn)言之 ，有限元分析可分成三個(gè)階段，前置處理、計(jì)算求解和后置處理。前置處理是建立有限元模型，完成單元網(wǎng)格劃分；后置處理則是采集處理分析結(jié)果，使用戶能簡(jiǎn)便提取信息，了解計(jì)算結(jié)果。 限元應(yīng)用 有限元法在機(jī)械工程中的應(yīng)用主要有以下幾個(gè)方面： (1)動(dòng)、靜力學(xué)分析：當(dāng)作用在結(jié)構(gòu)上的載荷不隨時(shí)間變化或隨時(shí)的變化十分緩慢應(yīng)進(jìn)行靜力學(xué)分析；而當(dāng)受到外界激勵(lì)，破壞結(jié)構(gòu)時(shí)考慮用動(dòng)力學(xué)分析； (2) 熱應(yīng)力分析：結(jié)構(gòu)的工作溫度不等于安裝溫度時(shí)或工作時(shí)結(jié)構(gòu)內(nèi)部存在溫度分布時(shí)結(jié)構(gòu)內(nèi)部的溫度應(yīng)力； (3) 接觸分析：用于分析結(jié)構(gòu)物發(fā)生 接觸時(shí)的接觸面狀態(tài)法向力等（ 4) 屈曲分析：用于研究結(jié)構(gòu)在特定載荷下的穩(wěn)定性以及確定結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的臨界載荷；屈曲分析包括 :線性屈曲和非線性屈曲分析。 械 關(guān)軟件介紹 件 件是世界上第一個(gè)基于 發(fā)的三維 統(tǒng) ， 該軟件成立于 1993 年的 司運(yùn)用特 征造型理念和基于 統(tǒng)設(shè)計(jì)的原創(chuàng)三維機(jī)械 件，以其優(yōu)秀的技術(shù)創(chuàng)新和卓越的性能價(jià)格比贏得了設(shè)計(jì)師和機(jī)械工程師的喜愛。 載齒輪箱體結(jié)構(gòu)有限元分析及改進(jìn)設(shè)計(jì) 7 件包括零件設(shè)計(jì)建模、裝配設(shè)計(jì)建模、工程圖紙繪制三個(gè)基本環(huán)境，同時(shí)具有全相關(guān)的鈑金設(shè)計(jì)功能。在工程設(shè)計(jì)中，軟件在零件和裝配的三維設(shè)計(jì)中，可方便的檢查質(zhì)量特性，檢查靜態(tài)和動(dòng)態(tài)干涉，了解零件的空間關(guān)系，同時(shí)方便與運(yùn)動(dòng)分析和有限元分析建立接口。 件的特點(diǎn)：（ 1）基于特征及參數(shù)化的造型。 配體有零件組成，而零件由特征（例 如凸臺(tái)、螺紋孔、筋板等）組成，這種特征造型方法，直觀的展示人們所熟悉的三維物體，體現(xiàn)設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)意圖。（ 2）巧妙地解決了多重關(guān)聯(lián)性。 作過(guò)程包含三維與二維交替的過(guò)程，因此完整的設(shè)計(jì)文件包括零件文件、裝配文件和二者的工程圖文件。（ 3）易學(xué)易用。 件易于使用者學(xué)習(xí)，便于使用者進(jìn)行設(shè)計(jì)、制造和交流。 本文應(yīng)用 件進(jìn)行齒輪箱體的三維造型的建立，應(yīng) 特的基于特征的零部件建模功能，使用拉伸、旋轉(zhuǎn)、薄壁特征、高級(jí)抽殼、放樣和掃描、陣列特征和鉆 孔建立箱體的三維實(shí)體模型，并進(jìn)一步優(yōu)化。 件 件 是融結(jié)構(gòu)、流體、電場(chǎng)、磁場(chǎng)、聲場(chǎng)分析于一體的大型通用 有限元分析軟件 。由世界上最大的 有限元分析軟件 公司之一的 美國(guó) 發(fā)，它能與多數(shù) 件接口 ，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交換，如 I－， 是現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)中高級(jí) 具之一 [15]。 限元 軟件 包是一個(gè)多用途的 有限元法 計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)程序 [16]，可以用來(lái)求解結(jié)構(gòu)、流體、電力、電磁場(chǎng)及碰撞等問(wèn)題。因此它可應(yīng)用于以下工業(yè)領(lǐng)域： 航空航天、汽車工業(yè)、生物醫(yī)學(xué)、橋梁、建筑、電子產(chǎn)品、重型機(jī)械、 微機(jī)電系統(tǒng) 、運(yùn)動(dòng)器械等。 軟件 主要包括三個(gè)部分：前處理模塊，分析計(jì)算模塊和后處理模塊 [17]。 前處理模塊提供了一個(gè)強(qiáng)大的實(shí)體建模及 網(wǎng)格 劃分工具，用戶可以方便地構(gòu)造有限元模型； 分析計(jì)算模塊包括 結(jié)構(gòu)分析 （可進(jìn)行線性分析、非線性分析和高度非線性分析）、流體動(dòng)力學(xué)分析、電磁場(chǎng)分析、聲場(chǎng)分析、壓電分析以及多物理場(chǎng)的耦合分析，可模擬多種物理介質(zhì)的相互作用，具有靈敏度分析及優(yōu)化分析能力； 載齒輪箱體結(jié)構(gòu)有限元分析及改進(jìn)設(shè)計(jì) 8 后處理模塊可將計(jì)算結(jié)果以彩色等值線顯示、梯度顯示、矢量顯示、粒子流跡顯示、立體切片顯示、透明及半透明顯示（可看到結(jié)構(gòu)內(nèi)部）等圖形方式顯示出來(lái)，也可將計(jì)算結(jié)果以圖表、 曲線 形式顯示或輸出。 有限元分析是物理現(xiàn)象（幾何及載荷工況）的模擬，是對(duì)真實(shí)情況的數(shù)值近似。通過(guò)對(duì)分析對(duì)象劃分網(wǎng)格，求解有限個(gè)數(shù)值來(lái)近似模擬真實(shí)環(huán)境的無(wú)限個(gè)未知量 [18]。 件有一下特點(diǎn) [19]： （ 1）用戶使用方便，內(nèi)涵豐富，涉及面廣，易學(xué)易用； （ 2）高效方便的繪圖功能； （ 3）靈活多樣的剖分網(wǎng)格形狀、疏密程度； （ 4）多種可選擇的迭代求解器； （ 5）強(qiáng)大的后處理功能。 析過(guò)程包含 3 個(gè)主要的步驟 [20]： 1. 創(chuàng)建有限元模型：（ 1）創(chuàng)建或讀入幾何模型； （ 2）定義材料屬性； （ 3）劃分網(wǎng)格（節(jié)點(diǎn)及單元）。 2. 施加載荷并求解：（ 1）施加載荷及載荷選項(xiàng)、設(shè)定約束條件；（ 2）求解。 3. 查看結(jié)果：（ 1）查看分析結(jié)果；（ 2）檢驗(yàn)結(jié)果（分析是否正確）。 析與優(yōu)化介紹 力分析 靜力學(xué)分析是工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員最為頻繁使用的手段，主要用來(lái)求解結(jié)構(gòu)在靜力載荷（如集中 /分布靜力、強(qiáng)制位移、溫度載荷、慣性力等）作用下的響應(yīng)，并得出所需的節(jié)點(diǎn)力、節(jié)點(diǎn)位移、約束（ 反）力、單元內(nèi)力、單元應(yīng)力和應(yīng)變能等 [17]。 靜力分析很適合求解慣性和阻尼的時(shí)間相關(guān)作用對(duì)結(jié)構(gòu)響應(yīng)的影響并不顯著的問(wèn)題。靜力分析能夠分析穩(wěn)定的慣性力（重力和旋轉(zhuǎn)件所受的離心力）和能夠被等效為靜載荷的隨時(shí)間變化的載荷（如風(fēng)力和地震的等效靜載荷）作用下的結(jié)構(gòu)相應(yīng)問(wèn)題。靜力分析通常分析的結(jié)構(gòu)包括桿、梁、二維實(shí)體、三維實(shí)體和殼等結(jié)構(gòu)，還會(huì)有接觸問(wèn)題，耦合場(chǎng)問(wèn)題，以及一些特殊結(jié)構(gòu)。針對(duì)這些載齒輪箱體結(jié)構(gòu)有限元分析及改進(jìn)設(shè)計(jì) 9 復(fù)雜的結(jié)構(gòu) 供了非常豐富的適合不同結(jié)構(gòu)的單元，用來(lái)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元建模分網(wǎng)。另外靜力分析不僅可以進(jìn)行線性分析，而且也可 以進(jìn)行非線性分析，如塑性、膨脹、蠕變、大變形、大應(yīng)變及接觸分析等。 序提供了豐富的線性和非線性材料的表達(dá)方式，為我們的模擬提供了很 大 的方便。 機(jī)械的靜力分析主要是控制機(jī)械在靜載荷作用下的強(qiáng)度和剛度，以保證機(jī)械的變形和不發(fā)生破壞。結(jié)構(gòu)靜力分析主要是校核結(jié)構(gòu)的應(yīng)力、應(yīng)變及總變形是否符合要求。本文采用靜力分析方法對(duì)齒輪箱體進(jìn)行分析。在 境下建立齒輪箱體的有限元模型，并進(jìn)行靜力分析，得出其應(yīng)力和變形。觀察結(jié)果找出其應(yīng)力較大部位和變形較大部位，為進(jìn)一步進(jìn)行優(yōu)化提供了依據(jù) [18]。 觸 分析 接觸問(wèn)題是一種高度非線性行為，接觸是指兩個(gè)獨(dú)立表面相互接觸并相切，一般物理意義上，接觸的表面包含如下特性：（ 1）不會(huì)滲透；（ 2）可傳遞法向壓縮力和切向摩擦力；（ 3）通常不傳遞法向拉伸力。 接觸問(wèn)題存在兩個(gè)較大的難點(diǎn)：其一，在你求解問(wèn)題之前，你不知道接觸區(qū)域，表面之間是接觸或分開是未知的，突然變化的，這隨載荷、材料、邊界條件和其它因素而定；其二，大多的接觸問(wèn)題需要計(jì)算摩擦，有幾種摩擦和模型供你挑選，它們都是非線性的，摩擦使問(wèn)題的收斂性變得困難。 接觸問(wèn)題分為兩種基本類型：剛體 ─柔體的接觸，半柔體 ─柔體的 接觸，在剛體─柔體的接觸問(wèn)題中，接觸面的一個(gè)或多個(gè)被當(dāng)作剛體，（與它接觸的變形體相比，有大得多的剛度），一般情況下，一種軟材料和一種硬材料接觸時(shí)，問(wèn)題可以被假定為剛體 ─柔體的接觸，許多金屬成形問(wèn)題歸為此類接觸，另一類，柔體 ─柔體的接觸，是一種更普遍的類型，在這種情況下，兩個(gè)接觸體都是變形體（有近似的剛度） [19]。 持三種接觸方式：點(diǎn) ─點(diǎn)，點(diǎn) ─面，平面 ─面，每種接觸方式使用的接觸單元適用于某類問(wèn)題。 為了給接觸問(wèn)題建模，首先必須認(rèn)識(shí)到模型中的哪些部分可能會(huì)相互接觸，如果相互作用的其中之一是一點(diǎn)， 模型的對(duì)立應(yīng)組元是一個(gè)結(jié)點(diǎn)。如果相互作用的其中之一是一個(gè)面，模型的對(duì)應(yīng)組元是單元，例如梁?jiǎn)卧?，殼單元或?qū)嶓w單元，有限元模型通過(guò)指定的接觸單元來(lái)識(shí)別可能的接觸匹對(duì)，接觸單元是覆蓋在分析模型接觸載齒輪箱體結(jié)構(gòu)有限元分析及改進(jìn)設(shè)計(jì) 10 面之上的一層單元。 接觸分析的步驟： 執(zhí)行一個(gè)典型的面 ─面接觸分析的基本步驟列示如下： 1． 建立模型，并劃分網(wǎng)格 2． 識(shí)別接觸對(duì) 3． 定義剛性目標(biāo)面 4． 定義柔性接觸面 5． 設(shè)置單元關(guān)鍵字 6． 定義／控制剛性目標(biāo)面的運(yùn)動(dòng) 7． 給定必須的邊界條件 8． 定義求解選項(xiàng)和載荷步 9． 求解接觸問(wèn)題 10． 查看結(jié)果 態(tài)分析 模態(tài)分析是根據(jù)結(jié)構(gòu)的固有特征，包括頻率 、阻尼和模態(tài)振型，這些動(dòng)力學(xué)屬性去描述結(jié)構(gòu)的過(guò)程。 考慮齒輪箱體受力，由靜力學(xué)可知，靜態(tài)力會(huì)引起箱體的某種靜態(tài)變形。但是在這兒施加的是一個(gè)以正弦方式變化，且頻率固定的振蕩常力。改變此力的振動(dòng)頻率，但是力的峰值保持不變，僅僅是改變力的振動(dòng)頻率。箱體的響應(yīng)幅值隨著激勵(lì)力的振動(dòng)頻率的變化而變化。隨著時(shí)間的推進(jìn)，響應(yīng)幅值在不同的頻率處有增也有減。當(dāng)施加的激勵(lì)力的振動(dòng)頻率越來(lái)越接近系統(tǒng)的固有頻率（或者共振頻率）時(shí)，響應(yīng)幅值會(huì)越來(lái)越大，在激勵(lì)力的振動(dòng)頻率等于系統(tǒng)的共振頻率時(shí)達(dá)到最大值 [20]。 振動(dòng)模態(tài)是彈性結(jié)構(gòu)固有的 、整體的特性。通過(guò)模態(tài)分析方法搞清楚了結(jié)構(gòu)物在某一易受影響的頻率范圍內(nèi)的各階主要模態(tài)的特性，就可以預(yù)言結(jié)構(gòu)在此頻段內(nèi)在外部或內(nèi)部各種振源作用下產(chǎn)生的實(shí)際振動(dòng)響應(yīng)。模態(tài)分析的最終目標(biāo)在是識(shí)別出系統(tǒng)的模態(tài)參數(shù)，為結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的振動(dòng)特性分析、振動(dòng)故障診斷和預(yù)報(bào)以及結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供依據(jù)。因此，模態(tài)分析是結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)設(shè)載齒輪箱體結(jié)構(gòu)有限元分析及改進(jìn)設(shè)計(jì) 11 計(jì)及設(shè)備故障診斷的重要方法。 模態(tài)分析技術(shù)的應(yīng)用可歸納為以下幾個(gè)方面：（ 1）評(píng)價(jià)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性；（ 2）在新產(chǎn)品設(shè)計(jì)中進(jìn)行結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性的預(yù)估和優(yōu)化設(shè)計(jì)；（ 3）診斷及預(yù)報(bào)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的故障；（ 4）控制 結(jié)構(gòu)的輻射噪聲；（ 5）識(shí)別結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的載荷。 化設(shè)計(jì) 優(yōu)化設(shè)計(jì)（ 是從多種方案中選擇最佳方案的設(shè)計(jì)方法。它以數(shù)學(xué)中的最優(yōu)化理論為基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)為手段，根據(jù)設(shè)計(jì)所追求的性能目標(biāo)，建立目標(biāo)函數(shù)，在滿足給定的各種 約束條件 下，尋求最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。 隨著數(shù)學(xué)理論和電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，優(yōu)化設(shè)計(jì)已逐步形成為一門新興的獨(dú)立的工程學(xué)科 ，并在生產(chǎn)實(shí)踐中得到了廣泛的應(yīng)用。通常設(shè)計(jì)方案可以用一組參數(shù)來(lái)表示，這些參數(shù)有些已經(jīng)給定，有些沒(méi)有給定，需要在設(shè)計(jì)中優(yōu)選，稱為設(shè)計(jì)變量。如何找到一組最合適的設(shè)計(jì)變量，在允許的范圍內(nèi)，能使所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)最合理、性能最好、質(zhì)量最高、成本最低（即技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)最佳），有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力，同時(shí)設(shè)計(jì)的時(shí)間又不要太長(zhǎng)，這就是優(yōu)化設(shè)計(jì)所要解決的問(wèn)題。 一般來(lái)說(shuō)，優(yōu)化設(shè)計(jì)有以下幾個(gè)步驟： （ 1）修改三維模型； （ 2）導(dǎo)入 行分析； （ 3）檢驗(yàn)改進(jìn)是否合格； （ 4）確定優(yōu)化方案； 章小結(jié) 本章主要對(duì)齒輪箱體有 限元分析過(guò)程中用到的有限元理論以及分析類型做了說(shuō)明。本章的具體工作