67基于HyperWorks的某综合传动箱箱体结构优化设计--杨 阳
基于HyperWorks的某综合传动箱箱体
结构优化设计
杨阳姚寿文
中国北方车辆研究所北京理工大学
基于HyperWorks的某综合传动箱箱体
结构优化设计
杨阳姚寿文
（中国北方车辆研究所北京理工大学）
摘要：高功率密度传动系统是我国未来传动系统的发展方向，以减轻质量为目标的结构优化是功率密度提高的主要实现手段之一。文章采用有限元前处理软件HyperMesh建立了某综合传动箱箱体的有限元分析模型，完成了静态有限元分析，获得了应力和位移分布云图，同时进行了箱体的自由模态分析，为结构优化提供设计依据。最后基于结构优化软件OptiStruct，以箱体的刚度、强度为约束,得到了质量更轻、强度和刚度都有所提高的箱体。文章为多载荷、复杂结构件的结构优化提供了实现途径，同时为传动系统功率密度的提高奠定了基础。
关键词：综合传动箱静态有限元分析自由模态分析拓扑优化
Abstract The high power density of transmission is the trend for the future transmission system in China. The finite element model is built with the pre-process software Hyper Works, thus the stress and displacement contour are obtained by the static finite element analysis. At the same time, the free modal result is obtained for the structural optimization based on the case modal. In the aim to reduce the weight, the quality is lighter and the stress and stiffness is the increased based on the the optimization software--Optistruct. The method of structure optimization is obtained for the muti-load and complex structure, thus the basis to the promote of the power density of transmission is founded.
Key words:integrated transmission case，static finite element analysis，free modal analysis，topology optimization
1 引言
综合传动系统是满足履带车辆直驶、转向和制动于一体的复杂机、电、液系统，其箱体是一个承载大、形状不规则、结构不对称的复杂空间结构。传统的箱体结构设计常基于设计人员的经验，且为保证工作的可靠性一般取较大的安全系数，从而使箱体笨重、浪费材料。而现代结构优化设计以计算机为设计工具，可系统地、自动地对结构进行优化设计，寻求在满足各种约束前提下，结构尺寸、几何形状以及拓扑形式均为最佳的设计方案。因此，将现代设计手段应用到箱体结构设计中具有重要意义[1] 。
本文基于HyperWorks系列软件，以现有某综合传动箱箱体为研究对象，利用结构优化技术，以减轻质量，提高箱体的刚、强度为目标对原有箱体结构进行拓扑优化设计，为多载荷的复杂结构件的优化设计提供了切实可行的技术途径，具有重要的理论意义和实际应用价值。
2 箱体有限元模型的建立
2.1 有限元网格的划分
本文箱体共五部分，分别为上、下箱体，左、右端盖和箱体前端盖，是一个承载大、形状不规则、结构不对称的薄壁复杂空间构件，建立箱体有限元模型时忽略了箱体实际结构中的吊钩、窥油孔、螺栓联接孔、油槽、部分凸台和倒角等。本文选用一阶四面体单元，得到箱体限元模型共计440506个单元，130352个节点，其网格模型如图1所示。
图1 箱体有限元网格模型
2.2材料属性、边界条件
本箱体使用的材料为铸造铝合金ZL101A ，各向同性材料，材料属性如下：杨氏模量
70GPa
E =；泊松比
3
.0=μ；密度
3
3m
kg 102.8?=ρ。
本文分别在传动箱体左、右端盖的圆柱面、箱体前端盖与其它零件相配合的表面即圆环面处施加六个自由度的全约束[2]。
2.3载荷的定义
箱体的载荷主要来自三个方面[3] [4]：
1.发动机通过传动系施加到箱体各轴承座上的作用力。本文选取原综合传动液力一档零工况进行计算，各载荷具体数值如表1示：
表1 各轴承座所受来源于发动机扭矩的载荷简化值
2.箱体自身的重力： 3851N M =；
3.传动系的重量（传动轴及其附件的重量）：N 2700M =I ，1453N
M
=I I
和
563N
2M
=I I I
。
3 箱体静态分析结果
强度是机械零件正常工作必须满足的最基本的要求，机械零件在工作时，不容许出现结构断裂或塑性变形，也不容许发生表面损坏，强度是指零件抵抗这类失效的能力。本文对箱体进行静态分析后 [5]，得到箱体的综合应力分布云图如图2所示。
图2 综合应力分布云图
可以看出，各轴承座及其周围、两侧端盖约束边界位置和模拟螺栓位置周围受载荷较大，其中最大应力出现在右侧端盖约束边界位置，最大综合应力值为123.5 MPa ，因为该处端盖受固定约束，整个箱体承受载荷时必然产生很大扭矩以抵抗变形。上下箱体轴承座这些主要承载位置的应力也较大，综合应力值大约在70～95 MPa ，是箱体的主要受力区域。箱体其它位置所受应力值均较小。
4 箱体自由模态分析结果
实践证明，对箱体进行模态分析，可在设计初期对其结构刚度、固有振型等有充分认识，尽可能地避免相关设计缺陷，及时修改和优化设计 [5]。本文计算得到了箱体前20阶自由模
态的固有频率及相应的振型，其中包括6阶刚体模态及14阶非刚体模态（前六阶刚体模态固有频率为零，不作考虑），14阶非刚体模态的固有频率见表3。
5 箱体结构拓扑优化[6] [7] [8]
拓扑优化的目的是要寻求材料的最佳传力路径，以优化结构的某些性能或减轻结构的重量。结构拓扑优化按载荷类型的不同可分为静力拓扑优化和动力拓扑优化。静力拓扑优化主要是研究承受静载荷作用下的结构拓扑优化形式，通常以结构的位移或最大应力为约束条件，以结构的重量（质量）或柔度为优化目标。
本文传动箱体左右端盖及箱体前端盖壁厚大多数在10mm～15mm，且结构简单，因此以上下箱体为研究对象进行结构拓扑优化，方案如下：
1．设计变量：本方案选择上下箱体的加强筋、箱体左右两端轴承座外缘、液压泵马达接口处凸台等多处分散位置为优化设计空间，如图3所示。设计变量是该设计空间中单元的拓扑密度。
图3设计空间
2．约束条件：依据有限元静态分析结果，本文选取静态分析中位移较大的几个节点位移作约束，以其位移变形最大值为上限作为方案一的约束条件，具体数值如表4所示。
表4 约束条件表
3．目标函数：本文目的是在保证原有箱体强度和刚度的前提下对其进行结构减重，因此，将质量最小定为目标函数。
4．优化结果：本方案共经历4次迭代，迭代结果有效地避免了“0~1中间值”问题和“棋盘格式问题”，优化后单元密度很好地趋于0（蓝色）或1（红色），最终优化结果如图3所示。
图3 优化结果
最后，本文依据优化分析结果对上下箱体共八处位置进行了重新造型，得到了新的箱体拓扑结构并对新箱体进行了静态和自由模态分析。比较可知，原箱体总重385.1kg，优化后箱体总重373.3kg，优化前后箱体质量减少了11.8kg。优化后的箱体综合应力较原来降低了6～10MPa，强度有明显提高，但应力分布状态与原箱体基本相同，和箱体实际受载情况相符。优化前后箱体自由模态各阶固有频率基本相同，优化过程中对箱体拓扑结构的改变几乎完全不影响箱体在低阶自由模态的动态特性。
6 展望
拓扑优化设计是一门新兴的研究领域，也是结构优化领域的难点。拓扑优化的目的是要寻求材料的最佳传力路径，以优化结构的某些性能或减轻结构的重量。拓扑优化有助于工程师提出新颖高效的概念设计方案，因此在工程领域具有直接而广泛的应用价值，必将成为产品设计的必要步骤和标准环节，对提高产品设计质量，缩短产品开发周期起到非常关键的作用[6] [7] [8]。
7 参考文献
[1] 郑翔.基于FEM的箱体结构分析及优化设计.东南大学硕士学位论文.2002.04
[2] 文占科，马彪，邹文胜.履带车辆综合传动装置箱体有限元分析.兵工学报坦克装甲
车与发动机分册.1999年第4期
[3] 于开平，周传月，谭惠丰等. HyperMesh从入门到精通.科学出版社.2005.05
[4] 王敬，魏来生，邵鹏礼.车辆传动变速箱的稳态热分析.机械传动.2004.第28卷第2
期
[5] 邵鹏礼，魏来生，贾爽.传动箱有限元强度计算与优化.车辆与动力技术.2002年第3
期
[6] 孔文秦.连续体结构的双向进化优化方法研究.南京航空航天大学硕士学位论文
2005.03
[7] 王春会.连续体结构拓扑优化设计.西北工业大学硕士学位论文.2005.03
[8] 汤文成.机械结构件拓扑优化设计的研究.东南大学博士学位论文.2003年
箱体结构设计
1.箱体的主要功能 (1)支承并包容各种传动零件，如齿轮、轴、轴承等，使它们能够保持正常的运动关系和运动精度。箱体还可以储存润滑剂，实现各种运动零件的润滑。 (2)安全保护和密封作用，使箱体的零件不受外界环境的影响，又保护机器操作者的人生安全，并有一定的隔振、隔热和隔音作用。 (3)使机器各部分分别由独立的箱体组成，各成单元，便于加工、装配、调整和修理。 (4)改善机器造型，协调机器各部分比例，使整机造型美观。 2.箱体的分类 按箱体的功能可分为： (1)传动箱体，如减速器、汽车变速箱及机床主轴箱等的箱体，主要功能是包容和支承各传动件及其支承零件，这类箱体要求有密封性、强度和刚度。见图21-6。 (2)泵体和阀体，如齿轮泵的泵体，各种液压阀的阀体，主要功能是改变液体流动方向、流量大小或改变液体压力。这类箱体除有对前一类箱体的要求外，还要求能承受箱体液体的压力。 . .
(3)支架箱体，如机床的支座、立柱等箱体零件，要求有一定的强度、刚度和精度，这类箱体设计时要特别注意刚度和外观造型。 按箱体的制造方法分，主要有： (1)铸造箱体，常用的材料是铸铁，有时也用铸钢、铸铝合金和铸铜等。铸铁箱体的特点是结构形状可以较复杂，有较好的吸振性和机加工性能，常用于成批生产的中小型箱体。 (2)焊接箱体，由钢板、型钢或铸钢件焊接而成，结构要求较简单，生产周期较短。焊接箱体适用于单件小批量生产，尤其是大件箱体，采用焊接件可大大降低成本。 (3)其它箱体，如冲压和注塑箱体，适用于大批量生产的小型、轻载和结构形状简单的箱体。 2 设计的主要问题和设计要求 箱体设计首先要考虑箱体零件的布置及与箱体外部零件的关系，如车床按两顶尖要求等高，确定箱体的形状和尺寸，此外还应考虑以下问题： 1.满足强度和刚度要求。对受力很大的箱体零件，满足强度是一个重要问题；但对于大多数箱体，评定性能的主要指标是刚度，因为箱体的刚度不仅影响传动零件的正常工作，而且还影响部件的工作精度。 2.散热性能和热变形问题。箱体零件摩擦发热使润滑油粘度变化，影响其润滑性能；温度升高使箱体产生热变形，尤其是温度不均匀分布的热变形和热应力，对箱体的精度和强度有很大的影响。 3.结构设计合理。如支点的安排、筋的布置、开孔位置和连接结构的设计等均要有利于提高箱体的强度和刚度。 4.工艺性好。包括毛坯制造、机械加工及热处理、装配调整、安装固定、吊装运输、维护修理等各方面的工艺性。 5.造型好、质量小。 设计不同的箱体对以上的要求可能有所侧重。 3箱体结构设计 箱体的形状和尺寸常由箱体部零件及部零件间的相互关系来决定，决定箱体结构尺寸和外观造型的这一设计方法称为"结构包容法"，当然还应考虑外部有关零件对箱体形状和尺寸的要求。 箱体壁厚的设计多采用类比法，对同类产品进行比较，参照设计者的经验或设计手册等资料提供的经验数据，确定壁厚、筋板和凸台等的布置和结构参数。对于重要的箱体，可用计算机的有限元法计算箱体的刚度和强度，或用模型和实物进行应力 . .
箱体的结构设计应注意的问题及制作材料的选择
箱体的结构设计应注意的问题及制作材料的选择 【摘要】机械工业有着广阔的领域，特别是近年来机械工业领域正向着高精度、高质量、高效率、低成本方向发展。随着机械工业的发展，其他各工业部门都想着高深度迈进，机械工业的发展日趋重要。 【关键词】箱体设计;制作材料 一、箱体的主要功能 （1）支承并包容各种传动零件，如齿轮、轴、轴承等，使它们能够保持正常的运动关系和运动精度。箱体还可以储存润滑剂，实现各种运动零件的润滑。 （2）安全保护和密封作用，使箱体内的零件不受外界环境的影响，又保护机器操作者的人生安全，并有一定的隔振、隔热和隔音作用。 （3）使机器各部分分别由独立的箱体组成，各成单元，便于加工、装配、调整和修理。 （4）改善机器造型，协调机器各部分比例，使整机造型美观。 二、箱体的分类 1.按箱体的功能分 （1）传动箱体，如减速器、汽车变速箱及机床主轴箱等的箱体，主要功能是包容和支承各传动件及其支承零件，这类箱体要求有密封性、强度和刚度。 （2）泵体和阀体，如齿轮泵的泵体，各种液压阀的阀体，主要功能是改变液体流动方向、流量大小或改变液体压力。这类箱体除有对前一类箱体的要求外，还要求能承受箱体内液体的压力。 （3）支架箱体，如机床的支座、立柱等箱体零件，要求有一定的强度、刚度和精度，这类箱体设计时要特别注意刚度和外观造型。 2.按箱体的制造方法分 （1）铸造箱体，常用的材料是铸铁，有时也用铸钢、铸铝合金和铸铜等。铸铁箱体的特点是结构形状可以较复杂，有较好的吸振性和机加工性能，常用于成批生产的中小型箱体。 （2）焊接箱体，由钢板、型钢或铸钢件焊接而成，结构要求较简单，生产周期较短。焊接箱体适用于单件小批量生产，尤其是大件箱体，采用焊接件可大
减速器的箱体结构设计
减速器的箱体结构及设计 一、概述 图1-2-4所示为单级圆柱齿轮卧式减速器的典型箱体结构。 单级圆柱齿轮减速器的箱体广泛采用剖分式结构。卧式减速器一般只有一个剖分面，即沿轴线平面剖开、分为箱盖、箱座两部分（大型立式减速器才采用两个剖分面）。 箱体一般用灰铸铁HT150或HT200制造。对于重型减速器也可以采用球墨铸铁或铸钢 制造。在单件生产中，特别是大型减速器，可采用焊接结构，以减轻重量，缩短生产周期。 二、箱体结构的设计要点 减速器的箱体是支持和固定轴及轴上零件并保证传动精度的重要零件，其重量一般约占减速器总重量的40％~50％，因此，箱体结构对减速器的性能、制造工艺、材料消耗、重量和成本等影响很大，设计时务必综合考虑，认真对待。 减速器箱体的设计要点如下： 1、箱体应具有足够的刚度 （1）轴承座上下设置加强筋（参见图1-2-4）。 （2）轴承座房设计凸台结构（图1-2-4、图1-2-5）。凸台的设置可使轴承座旁的联接 螺栓靠近座孔，以提高联接的刚性。 设计凸台结构要注意下列几个问题： ①轴承座旁两凸台螺栓距离S应尽可能靠近，如图1-2-6所示。对无油构箱体（轴承采
用油脂润滑）取S〈D2，应注意凸台联接螺栓（d1）与轴承盖联接螺钉（d3）不要互相干涉；对有油沟箱体（轴承采用润滑油润滑），取S≈D2〉，应注意凸台螺栓孔（d1）不要与油沟相通，以免漏油。D2则为轴承座凸缘的外径。 ②凸台高度h的确定应以保证足够的螺母搬手空间为准则。搬手空间根据螺栓直径的 大小由尺寸C1和C2确定。 ③凸台沿轴向的宽度同样取决于不同螺栓直径所确定的C1+ C2之值，以保证足够的搬 手空间。但还应小于轴承座凸缘宽度3~5mm..，以便于凸缘端面的加工。 （3）箱座的内壁应设计在底部凸缘之内如图1-2-7a所示。 （4）地脚螺栓孔应开在箱座底部凸缘与地基接触的部位；不能悬空，如图1-2-7b所示。（5）箱座是受力的重要零件，应保证足够的箱座壁厚，且箱座凸缘厚度可稍大于箱盖凸缘厚度。 2、确保箱体接合面的密封、定位和内部传动零件的润滑。 为保证箱体轴承座孔的加工和装配的准确性，在接合面的凸缘上必须设置两个定位用的圆锥销。定位销d=（0.7~0.8）d2(d2为凸缘联接螺栓直径），两锥销距离应远一些，一般宜放在对角位置。对于结构对称的箱体，定位销不宜对称布置，以免箱盖盖错方向。 为保证箱盖、箱座的接合面之间的密封性，接合面凸缘联接螺栓的间距不宜过大，一般不大于150~180mm，并尽量对称布置。 如果滚动轴承靠齿轮飞溅的润滑油润滑时，则箱座凸缘上应开设集油沟，集油沟要保证润滑油流入轴承座孔内，再经过轴承内外圈间的空隙流回箱座内部，而不应有漏油现象发生，如图1-2-8所示。
箱体结构设计
1.箱体的主要功能 ⑴支承并包容各种传动零件，如齿轮、轴、轴承等，使它们能够保持正常的运动关系和运动精度。箱体还可以储存润滑剂，实 现各种运动零件的润滑。 (2)安全保护和密封作用，使箱体内的零件不受外界环境的影响，又保护机器操作者的人生安全，并有一定的隔振、隔热和隔音作用。 ⑶使机器各部分分别由独立的箱体组成，各成单元，便于加工、装配、调整和修理。 (4)改善机器造型，协调机器各部分比例，使整机造型美观。 2.箱体的分类 按箱体的功能可分为： (1)传动箱体，如减速器、汽车变速箱及机床主轴箱等的箱体，主要功能是包容和支承各传动件及其支承零件，这类箱体要求有密封性、强度和刚度。见图21-6 。 (2)泵体和阀体，如齿轮泵的泵体，各种液压阀的阀体，主要功能是改变液体流动方向、流量大小或改变液体压力。这类箱体 除有对前一类箱体的要求外，还要求能承受箱体内液体的压力。 (3)支架箱体，如机床的支座、立柱等箱体零件，要求有一定的强度、刚度和精度，这类箱体设计时要特别注意刚度和外观造型。 按箱体的制造方法分，主要有:
(1)铸造箱体，常用的材料是铸铁，有时也用铸钢、铸铝合金和铸铜等。铸铁箱体的特点是结构形状可以较复杂，有较好的吸振性和机加工性能，常用于成批生产的中小型箱体。 (2)焊接箱体，由钢板、型钢或铸钢件焊接而成，结构要求较简单，生产周期较短。焊接箱体适用于单件小批量生产，尤其是大件箱体，采用焊接件可大大降低成本。 (3)其它箱体，如冲压和注塑箱体，适用于大批量生产的小型、轻载和结构形状简单的箱体。 2设计的主要问题和设计要求 箱体设计首先要考虑箱体内零件的布置及与箱体外部零件的关系，如车床按两顶尖要求等高，确定箱体的形状和尺寸，此外还应考虑以下问题： 1.满足强度和刚度要求。对受力很大的箱体零件，满足强度是一个重要问题；但对于大多数箱体，评定性能的主要指标是刚度，因为箱体的刚度不仅影响传动零件的正常工作，而且还影响部件的工作精度。 2.散热性能和热变形问题。箱体内零件摩擦发热使润滑油粘度变化，影响其润滑性能；温度升高使箱体产生热变形，尤其是温度不均匀分布的热变形和热应力，对箱体的精度和强度有很大的影响。 3.结构设计合理。如支点的安排、筋的布置、开孔位置和连接结构的设计等均要有利于提高箱体的强度和刚度。 4.工艺性好。包括毛坯制造、机械加工及热处理、装配调整、安装固定、吊装运输、维护修理等各方面的工艺性。 5?造型好、质量小。 设计不同的箱体对以上的要求可能有所侧重。 3箱体结构设计 箱体的形状和尺寸常由箱体内部零件及内部零件间的相互关系来决定，决定箱体结构尺寸和外观造型的这一设计方法称为结构包容法”，当然还应考虑外部有关零件对箱体形状和尺寸的要求。 箱体壁厚的设计多采用类比法，对同类产品进行比较，参照设计者的经验或设计手册等资料提供的经验数据，确定壁厚、筋板和凸台等的布置和结构参数。对于重要的箱体，可用计算机的有限元法计算箱体的刚度和强度，或用模型和实物进行应力或应变的测定，直接取得数据或作为计算结果的校核手段。 1.箱体的毛坯、材料及热处理
箱体的结构设计
箱体的结构设计 1.箱体的主要功能 (1)支承并包容各种传动零件，如齿轮、轴、轴承等，使它们能够保持正常的运动关系和运动精度。箱体还可以储存润滑剂，实现各种运动零件的润滑。 (2)安全保护和密封作用，使箱体内的零件不受外界环境的影响，又保护机器操作者的人生安全，并有一定的隔振、隔热和隔音作用。 (3)使机器各部分分别由独立的箱体组成，各成单元，便于加工、装配、调整和修理。 (4)改善机器造型，协调机器各部分比例，使整机造型美观。 2.箱体的分类 按箱体的功能可分为： (1)传动箱体，如减速器、汽车变速箱及机床主轴箱等的箱体，主要功能是包容和支承各传动件及其支承零件，这类箱体要求有密封性、强度和刚度。见图21-6。 (2)泵体和阀体，如齿轮泵的泵体，各种液压阀的阀体，主要功能是改变液体流动方向、流量大小或改变液体压力。这类箱体除有对前一类箱体的要求外，还要求能承受箱体内液体的压力。(3)支架箱体，如机床的支座、立柱等箱体零件，要求有一定的强度、刚度和精度，这类箱体设计时要特别注意刚度和外观造型。 按箱体的制造方法分，主要有： (1)铸造箱体，常用的材料是铸铁，有时也用铸钢、铸铝合金和铸铜等。铸铁箱体的特点是结构形状可以较复杂，有较好的吸振性和机加工性能，常用于成批生产的中小型箱体。
(2)焊接箱体，由钢板、型钢或铸钢件焊接而成，结构要求较简单，生产周期较短。焊接箱体适用于单件小批量生产，尤其是大件箱体，采用焊接件可大大降低成本。 (3)其它箱体，如冲压和注塑箱体，适用于大批量生产的小型、轻载和结构形状简单的箱体。 2 设计的主要问题和设计要求 箱体设计首先要考虑箱体内零件的布置及与箱体外部零件的关系，如车床按两顶尖要求等高，确定箱体的形状和尺寸，此外还应考虑以下问题： 1.满足强度和刚度要求。对受力很大的箱体零件，满足强度是一个重要问题；但对于大多数箱体，评定性能的主要指标是刚度，因为箱体的刚度不仅影响传动零件的正常工作，而且还影响部件的工作精度。 2.散热性能和热变形问题。箱体内零件摩擦发热使润滑油粘度变化，影响其润滑性能；温度升高使箱体产生热变形，尤其是温度不均匀分布的热变形和热应力，对箱体的精度和强度有很大的影响。 3.结构设计合理。如支点的安排、筋的布置、开孔位置和连接结构的设计等均要有利于提高箱体的强度和刚度。 4.工艺性好。包括毛坯制造、机械加工及热处理、装配调整、安装固定、吊装运输、维护修理等各方面的工艺性。 5.造型好、质量小。 设计不同的箱体对以上的要求可能有所侧重。 3箱体结构设计 箱体的形状和尺寸常由箱体内部零件及内部零件间的相互关系来决定，决定箱体结构尺寸和外观造型的这一设计方法称为"结构包容法"，当然还应考虑外部有关零件对箱体形状和尺寸的要求。箱体壁厚的设计多采用类比法，对同类产品进行比较，参照设计者的经验或设计手册等资料提供的经验数据，确定壁厚、筋板和凸台等的布置和结构参数。对于重要的箱体，可用计算机的有限元法计算箱体的刚度和强度，或用模型和实物进行应力或应变的测定，直接取得数据或作为计算结果的校核手段。 1.箱体的毛坯、材料及热处理 (1)箱体的毛坯：选用铸造毛坯或焊接毛坯，应根据具体条件进行全面分析决定。铸造容易铸造出结构复杂的箱体毛坯，焊接箱体允许有薄壁和大平面，而铸造却较困难实现薄壁和大平面。 焊接箱体一般比铸造箱体轻，铸造箱体的热影响变形小，吸振能力较强，也容易获得较好的结构刚度。 (2)箱体的材料和热处理 箱体的常用材料有： 铸铁多数箱体的材料为铸铁，铸铁流动性好，收缩较小，容易获得形状和结构复杂的箱体。铸铁的阻尼作用强，动态刚性和机加工性能好，价格适度。加入合金元素还可以提高耐磨性。具体牌
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学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包括任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名： 年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保障、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关学位论文管理部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权省级优秀学士论文评选机构将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于1、保密囗，在年解密后适用本授权书 2、不保密囗。 （请在以上相应方框内打“√”） 作者签名：年月日 导师签名：年月日
目录 摘要............................................................................................................................................................. I ABSTRACT ................................................................................................................................................. I I 1前言.. (1) 1.1铸造工艺设计的概念 (1) 1.2设计依据 (1) 1.2.1生产任务 (2) 1.2.2生产条件 (2) 1.2.3考虑经济性 (2) 1.3铸造工艺及工装设计内容 (2) 1.4铸造工艺及工装设计的过程 (2) 2铸造工艺方案的确定 (3) 2.1零件结构的铸造工艺性 (3) 2.2浇注位置和分型面的确定 (3) 2.2.1铸件浇注位置的确定原则 (4) 2.2.2分型面的确定原则 (4) 2.2.3砂箱中铸件数目的确定 (5) 2.3工艺参数的选择 (5) 2.3.1铸造收缩率的确定 (5) 2.3.2机械加工余量的确定 (6) 2.3.3拔模斜度的确定 (7) 2.3.4最小铸出孔 (7) 2.4砂芯设计 (8) 2.4.1砂芯数量的确定 (8) 2.4.2芯头的设计 (8) 2.5浇注系统的设计 (9) 2.5.1浇注系统类型及选择 (10)
箱体形状与结构-解析
箱体形状与结构-解析（2） 文章来源：https://www.wendangku.net/doc/556118352.html,/ 6．在箱体结构方面，还有一点应加以强调，就是中、高频单元扬声器与低频单元扬声器装在同一个前面板上，虽然经分频器分频以后接受不到低频传号的策动，但由于低频单元振动时，具有较大的振陈会在箱内引起空气的弹性效应。 中、高频单元扬声器纸盆会在空气弹性效应的影响下，被迫作相应的扳动，而且振幅也比较大，与纸盆相连的音圈很容易被振离均匀磁隙区，从而产生严重的互调失真。有时，甚至会振坏轻薄的振动系统。 解决的办法是：加装一个隔离罩，使中、高频单元与低频单元在音箱内互相隔开。隔离罩多半用木板做成，木板厚度在10一12毫米。做成的隔离罩扣在中、高频单元扬声器固定的面板上，犹如一只超小型封闭式音箱。它的剖面团如图34所示。 隔离罩的大小要适中。太小会使中高频单元扬声器的谐振额率上升太多；太大会占去箱胺内过多的空间，从而使整个箱体的实际体积加大。适中的尺寸是：隔离罩的高度和宽度均为选用扬声器纸盆直径的2倍；隔离罩的深度也约为选用扬声器厚度的2倍。安装队应在隔离窜内填满 松松的玻璃纤维，如没有玻璃纤维，使用棉絮相泡沫塑料也可以。在此以前，应用纱布把扬声器的背面包起来，以防在扬声器振动时将吸声材料振入扬声器内部，引起不良后果。 有的高频扬声器在制造时，已把盆架做成了隔离罩，对于这样的扬声据，当然不必另加隔离罩了。 7．按照设计要求，箱体本身应该是一个刚体，以防止箱体随扬声器的振动而振动。因为这种振动是有害的，它会因箱体材料的内粕滞性摩擦生热而明显消耗低频声能。而且箱体与扬声器很难做到“同步振动”，它们辐射的声波往往有着相位差，会给音箱的低频段或中频段的频率响应带来不利影响。所以，在考虑箱体结构时，应尽量使箱体的刚性好些。 8．为了稳妥地放置音箱及适当调整音箱中扬声器(特别是中、高频单元扬声
常见音箱结构设计及选用
常见音箱结构设计及选用 1、音箱设计流程 产品规划与造型设计：确认音箱用途、定位、使用场景与方式、外形大小等——声学设计：音箱总体方案设计、扬声器选型、音质效果评估——结构设计：音箱的箱体设计、扬声器结构设计——开模具——样机：音箱性能测试与评价、音箱性能优化与改进——音箱系统音质调试 2、音箱的分类及简要特性 音箱又称扬声器系统，是将扬声器装到专门设计的箱体内，并用分频网络把输入信号分频以后分别送给相应的扬声器的一种系统。因此，音箱由扬声器、分频网络、扬声器箱共同组成。 音箱按伴音模式分为：单声道、立体声（2.0系统）、2.1声道系统、3.0/3.1声道系统、家庭影院（5.1、7.1等环绕声）系统； 按产品形态可以分为：有源音箱、无源音箱； 按用途分为：书架式、落地式、监听式、电影立体声、大功率扩声、有线广播、防水、迷你型、返送式、带角架型、对讲型、拐角式、球型无指向式、高音半固定式、调相式等音箱。 按扬声器箱分为： 封闭箱：固定式、书架式； 倒相式：倒相管式、阻尼倒相式、分布倒相式、R-J式、卡鲁逊式、曲径式、后加载号筒式、折叠号筒式、空纸盆式 号筒障板式、前加载号筒式 利用反射的扬声器箱：角隅式、JBL式 指向性的扬声器箱：无指向性障板、球形箱、声柱； 最为普及的是封闭式声箱和倒相式声箱。封闭式声箱是为了达到隔离扬声器
后面声波的目的，而将扬声器的后面完全封闭起来的声箱；倒相式声箱是将扬声器后面所发声波加以充分利用的一种声箱。 扬声器中使用最广泛的是电动式纸盆扬声器，由于其振膜面积可以做得比较大，能够得到比较大的振幅，所以具有低声频重放下限频率低的特点，同时结构简单、成本低，多年以来都是扬声器生产中的主流。 3、音箱设计的总体技术要求（倒相箱） 3.1 音箱发声的指向性 声波在传播中会产生反射, 绕射和干涉等现象, 并具有一定的传播规律。扬声器辐射声波的波长随频率的增加而变短。当声波的波长与扬声器的几何尺寸可比拟时，由于声波的绕射特性及干涉特性，扬声器辐射的声波将出现明显的指向性。扬声器的指向性是表征扬声器在不同方向上辐射声波的能力，且与频率有关，高频声音具有较强的指向性，低频声指向性相对较弱。 超重低音、重低音音箱，扬声器的发声方向无限制，音箱可以放置于听音区的任何位置。 全频、中高频、高频音箱，扬声器的发声方向尽量正对听音位置。若因结构、外观形态等限制，无法正对听音者位置，需要设计声音反射装置，以减小指向性带来的声音衰减。 扬声器发声方向与听音者方向不大于90°，可采用以下声波反射装置。
箱座箱体结构尺寸及其附件
箱座箱体结构尺寸及其附件 1.箱体材料的选择与毛坯种类的确定 根据减速器的工作环境，可选箱体材料为HT200，由于铸造箱体的刚性好，得到的外形美观，灰铸铁造铸造的箱体还易于切削，吸收震动和消除噪音的优点，可采用铸造工艺以获得毛坯 2. 3.检查孔与检查孔盖 为检查传动件的啮合情况、接触斑点、侧隙和向箱体内倾注润滑油,在传动啮合区上方的箱盖上开设检查孔 4.通气器 减速器工作时,箱体温度升高,气体膨胀,压力增大,对减速器各接缝面的密封很不利,故常在箱盖顶或检查孔盖上装有通气器 5.油塞 为了换油及清洗箱体时排出油污,在箱体底部最低位置设有排油孔,通常设置一个排油孔,平时用油塞及封油圈堵住
6.定位销 为了保证箱体轴承座孔的镗制和装配精度,需在箱体长度方向两侧各安装一个圆锥定位销 心得体会 通过此次为时三周的机械设计课程设计，学到了不少的知识，主要心得体会有以下几点 1）此次课程设计将一学期来学习的机械设计课程与以往所学的金属工艺以及绘图等内容融合在了一起，不仅是对所学知识的巩固也是知识的一种实践，让我们能够更加 牢靠的记住所学的知识，增强的动脑与动手的能力。 2）设计的内容较以前的实验以及测绘更正规，更系统，也更庞大，锻炼了我们处理复杂问题的能力。 3）此次设计经过反复的计算、设计、绘制，是对耐心和毅力的磨练 4）设计的过程中涉及到许多国家标准，这不得不要求我们熟悉国家标准，同时也必须学会如何根据要求合理的选择国家的标准零件，也是对日后工作的一种实习认识。 5）设计的过程中难免遇到困难和挫折，主要是和同学讨论和向老师请教，在这三周内，韦老师给了不少指导与帮助，解决了我们不少的困惑，同时对我们的所学的知识起了一定的升华作用，在此表示感谢！
减速器箱体结构的设计
减速器箱体结构的设计 减速器的箱体采用铸造（HT200）制成，采用剖分式结构为了保证齿轮佳合质量， 大端盖分机体采用6 7 is H 配合. 1. 机体有足够的刚度 在机体为加肋，外轮廓为长方形，增强了轴承座刚度 2. 考虑到机体内零件的润滑，密封散热。 因其传动件速度小于12m/s ，故采用侵油润油，同时为了避免油搅得沉渣溅起，齿顶到油池底面的距离H 为40mm 为保证机盖与机座连接处密封，联接凸缘应有足够的宽度，联接表面应精创，其表面粗糙度为 3.6 3. 机体结构有良好的工艺性. 铸件壁厚为10，圆角半径为R=3。机体外型简单，拔模方便. 4. 对附件设计 A 视孔盖和窥视孔 在机盖顶部开有窥视孔，能看到 传动零件齿合区的位置，并有足够的空间，以便于能伸入进行操作，窥视孔有盖板，机体上开窥视孔与凸缘一块，有便于机械加工出支承盖板的表面并用垫片加强密封，盖板用铸铁制成，用M6紧固 B 油螺塞： 放油孔位于油池最底处，并安排在减速器不与其他部件靠近的一侧，以便放油，放油孔用螺塞堵住，因此油孔处的机体外壁应凸起一块，由机械加工成螺塞头部的支承面，并加封油圈加以密封。 C 油标： 油标位在便于观察减速器油面及油面稳定之处。 油尺安置的部位不能太低，以防油进入油尺座孔而溢出. D 通气孔： 由于减速器运转时，机体内温度升高，气压增大，为便于排气，在机盖顶部的窥视孔改上安装通气器，以便达到体内为压力平衡. E 盖螺钉：
启盖螺钉上的螺纹长度要大于机盖联结凸缘的厚度。 钉杆端部要做成圆柱形，以免破坏螺纹. F 位销： 为保证剖分式机体的轴承座孔的加工及装配精度，在机体联结凸缘的长度方向各安装一圆锥定位销，以提高定位精度. G 吊钩： 在机盖上直接铸出吊钩和吊环，用以起吊或搬运较重的物体. 减速器机体结构尺寸如下：
二级减速器箱体部分设计
1.箱体初步设计 二级齿轮减速器的箱体采用铸铁（HT200）制成，为了保证齿轮啮合的质量，采用剖分式结构，箱体上下部分采用 6 7 is H 配合。 （1）在机体外增加肋条，外轮廓为长方形，增强了轴承座的刚度 （2）考虑到机体内零件的润滑、密封和散热，采用浸油润滑，同时为了避免运行时沉渣溅起，齿顶到油池底面的距离H 大于40mm （3）为保证机座与机盖连接处密封，联接凸缘应该有足够的宽度，联接表面应精创，其表面粗糙度为 3.6。 （4）为保证机体结构有良好工艺性，铸件壁厚为9mm ，圆角半径R=5。机体外型较简单，拔模方便。 箱体附件设计 （1）检查孔及检查孔盖 在机盖顶部开有检查孔，能看到机体内部传动零件啮合区的未知，并保证有足够的空间，便于伸入进行操作。检查孔有盖板，用垫片加强密封，盖板用铸铁制成，紧固螺栓选用M6。 （2）油螺塞 放油孔位于油池最底部，并安排在减速器远离其他部件的一侧，以便放油，放油孔用螺塞堵住，因此油孔处的机体外壁应该凸起一块，由机械加工成螺塞头部的支承面，并用封油圈加以密封。 （3） 油标 油标设置在便于观察减速器油面并且油面稳定之处。油尺安置的位置不能太低，防止油进入油尺座孔从而溢出。 （4）通气孔 由于减速器运转时机体内温度升高，气压增大。为便于排气，在机盖顶部的检查孔改上安装通气器，以保证箱体内压力平衡。 （5）盖螺钉 启盖螺钉上的螺纹长度要大于机盖联结凸缘的厚度。钉杆端部要做成圆柱形状，以免破坏螺纹。 （6） 位销 为了保证剖分式机体的轴承座孔的加工及装配精度，在机体联结凸缘的长
度方向各安装一个圆锥定位销，用以提高定位精度。 （7）吊钩 在箱座上直接铸出吊钩，用以搬运或起吊较重的物体。 箱体的结构尺寸 见《机械设计课程设计手册》表11-1，可知多级传动时，a 取低速级中心距，a=235mm 。 名称 符号 计算公式 结果 箱座壁厚 σ 83025.0≥+=a σ 9 箱盖壁厚 1σ 8302.01≥+=a σ 8 箱盖凸缘厚度 1b 115.1σ=b 12 箱座凸缘厚度 b σ5.1=b 13.5 箱座底凸缘厚度 2b σ5.22=b 22.5 地脚螺钉直径 f d 12036.0+=a d f M20 地脚螺钉数目 n 4n 250=≤时，a 4 轴承旁联接螺栓直径 1d f d d 75.01= M16 机盖与机座联接螺栓直径 2d 2d =（0.5～0.6）?f d M12 轴承端盖螺钉直径 3d 3d =（0.4～0.5）?f d M10 视孔盖螺钉直径 4d 4d =（0.3～0.4）?f d M6 定位销直径 d d =（0.7～0.8）?2d f d ，1d ，2d 至外箱壁距离 1C 见《机械设计课程设计手册》 表11-2 26 22 18
箱体结构设计
1、箱体的主要功能 (1)支承并包容各种传动零件,如齿轮、轴、轴承等,使它们能够保持正常的运动关系与运动精度。箱体还可以储存润滑剂,实现各种运动零件的润滑。 (2)安全保护与密封作用,使箱体内的零件不受外界环境的影响,又保护机器操作者的人生安全,并有一定的隔振、隔热与隔音作用。 (3)使机器各部分分别由独立的箱体组成,各成单元,便于加工、装配、调整与修理。 (4)改善机器造型,协调机器各部分比例,使整机造型美观。 2、箱体的分类 按箱体的功能可分为: (1)传动箱体,如减速器、汽车变速箱及机床主轴箱等的箱体,主要功能就是包容与支承各传动件及其支承零件,这类箱体要求有密封性、强度与刚度。见图21-6。 (2)泵体与阀体,如齿轮泵的泵体,各种液压阀的阀体,主要功能就是改变液体流动方向、流量大小或改变液体压力。这类箱体除有对前一类箱体的要求外,还要求能承受箱体内液体的压力。 (3)支架箱体,如机床的支座、立柱等箱体零件,要求有一定的强度、刚度与精度,这类箱体设计时要特别注意刚度与外观造型。
按箱体的制造方法分,主要有: (1)铸造箱体,常用的材料就是铸铁,有时也用铸钢、铸铝合金与铸铜等。铸铁箱体的特点就是结构形状可以较复杂,有较好的吸振性与机加工性能,常用于成批生产的中小型箱体。 (2)焊接箱体,由钢板、型钢或铸钢件焊接而成,结构要求较简单,生产周期较短。焊接箱体适用于单件小批量生产,尤其就是大件箱体,采用焊接件可大大降低成本。 (3)其它箱体,如冲压与注塑箱体,适用于大批量生产的小型、轻载与结构形状简单的箱体。 2 设计的主要问题与设计要求 箱体设计首先要考虑箱体内零件的布置及与箱体外部零件的关系,如车床按两顶尖要求等高,确定箱体的形状与尺寸,此外还应考虑以下问题: 1、满足强度与刚度要求。对受力很大的箱体零件,满足强度就是一个重要问题;但对于大多数箱体,评定性能的主要指标就是刚度,因为箱体的刚度不仅影响传动零件的正常工作,而且还影响部件的工作精度。 2、散热性能与热变形问题。箱体内零件摩擦发热使润滑油粘度变化,影响其润滑性能;温度升高使箱体产生热变形,尤其就是温度不均匀分布的热变形与热应力,对箱体的精度与强度有很大的影响。 3、结构设计合理。如支点的安排、筋的布置、开孔位置与连接结构的设计等均要有利于提高箱体的强度与刚度。 4、工艺性好。包括毛坯制造、机械加工及热处理、装配调整、安装固定、吊装运输、维护修理等各方面的工艺性。 5、造型好、质量小。 设计不同的箱体对以上的要求可能有所侧重。 3箱体结构设计 箱体的形状与尺寸常由箱体内部零件及内部零件间的相互关系来决定,决定箱体结构尺寸与外观造型的这一设计方法称为"结构包容法",当然还应考虑外部有关零件对箱体形状与尺寸的要求。 箱体壁厚的设计多采用类比法,对同类产品进行比较,参照设计者的经验或设计手册等资料提供的经验数据,确定壁厚、筋板与凸台等的布置与结构参数。对于重要的箱体,可用计算机的有限元法计算箱体的刚度与强度,或用模型与实物进行应力或应变的测定,直接取得数据或作为计算结果的校核手段。 1、箱体的毛坯、材料及热处理 (1)箱体的毛坯:选用铸造毛坯或焊接毛坯,应根据具体条件进行全面分析决定。铸造容易铸造出结构复杂的箱体毛坯,焊接箱体
箱体设计
┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊ 目录 摘要.......................................................... . (2) 序言.............................................................. .. (2) 1，减速机箱体工艺制作的研究意义.................................. . (3) 2，减速机箱体工艺制作设计.................................. (3) （1）减速机箱拟定工艺.................................. .. (3) （2）减速机箱工艺设计目的.................................. .. (4) （3）毕业设计的基本任务与要求.................................. .. (4) （4）设计任务书.................................. . (6) （5）设计方法与步骤.................................. . (6) （6）减速机箱体工艺制作的特点.................................. .. (9) （7）减速机箱体工艺制作的主要技术要求 (12) 3，减速机箱体工艺制作的过程.................................. (12) （1）箱盖的工艺过程.................................. .. (13) （2）底座的工艺过程.................................. .. (14) （3）箱体合装后的工艺过程.................................. (15) 总结.................................. . (16) 致词.................................. . (16) 参考文献.................................. (17)