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                齿轮减速机
                本公司专业研制、生产和及销售齿轮减速机, PL系列精密行星减速机,
                变速机,WB系列微型摆线减速机,大型工业吊扇等系列产品

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                行星齿轮减速机某元件的有限元剖析
                   新闻来源:    时间:2011-05-12    点击:1650

                少齿差减速机是行星齿轮减速机的一种,代表着行星齿轮传动的一个发展方向。所谓少齿差行星齿轮传动,就是指内外齿数差很小的内啮合变位齿轮传动,它以其较宽的功率,速度范围和适用于多种工作条件,成为世界各国在机械传动方面的重点研究方向之一。

                  本文介绍ANSYSWorkbench软件及其与Pro/ENGINEERWildfire2.0的无缝连接方法,在Pro/ ENGINEERWildfire2.0环境中建立渐开线少齿差行星传动内啮合齿轮的几何模型,应用有限元原理在协同仿真软件AWE中对内啮合齿轮进行接触分析,并对结果进行分析。

                  1ANSYSWorkbench有限元分析的步骤

                  ANSYSWorkbench每一个分析都包括4个主要步骤。

                  初步决定前处理求解后处理

                  2Pro/E中内齿轮啮合模型的建立

                  Pro/ENGINEER是一套由设计至生产的机械自动化软件,是一个参数化,基于特征的实体造型系统,并且具有单一数据库功能,可以快捷地实现三维实体建模,因此本文运用该软件来进行建模工作。

                  图2少齿差行星传动模型少齿差行星传动齿轮模型的建立,先要分步造出外齿轮和内齿轮,然后通过装配命令将二者按正确位置装配起来,具体步骤如下:(1)设置齿轮的基本参数;(2)建立计算齿轮各几何尺寸的关系表达式;(3)建立齿轮的基本实体特征;(4)创建基本曲线和齿廓曲线:输入渐开线方程;(5)切出第一个齿槽特征;(6)完成齿轮的制作;(7)检查并添加尺寸之间的关系式。

                  这样就完成了一个齿轮三维模型的建立,装配后形成少齿差行星传动齿轮模型。

                  3Pro/E与ANSYSWorkbench的连接ANSYSWorkbench有强大的输入接口,Pro/ENGINEER也有强大的输入输出接口,两者之间可以进行图形和数据的交换,这样用户能在数据共享的前提下,根据不同的用途采用不同的软件。就少齿差行星传动中的齿轮而言,在ANSYSWorkbench中不可能构造出精确的模型,但是利用Pro/ENGINEER强大的参数化功能可以建立精确的模型。而FEM有限元分析工作可在ANSYSWorkbench中完成,这样扬长避短,达到事半功倍的效果。

                  有两种方式可以导入几何模型:一种以Reader,这种方式不需要运行Pro/ENGINEER系统,首先启动ANSYSWorkbench,新建一个EmptyProject,单击LinktoGeometryFile下的Browse……,选择几何文件名,然后设置DefaultGeometryOptions及其AdvancedGeometryDefaults选项,单击CADGeome2 tryTasks下面的NewSimulation,开始导入过程;另一种以Plug-In,要求运行Pro/ENGINEER.首先在Pro/ENGINEER中打开齿轮啮合的装配模型,然后从ANSYS9.0菜单选择Simulation来自动导入模型。本文采用第二种方式。

                  4基于集成平台的内啮合齿轮CAE分析

                  模型划分后的有限元网格接触是一种常见的物理现象,它涉及到接触状态的改变,还可能伴随有热,电等过程,因此成为一个复杂的非线性问题。齿轮啮合就是一种接触行为,用有限元法对其进行接触应力分析具有很重要的意义。

                 。1)有限元网格划分。内齿轮材料为45钢,调制处理,许用接触应力为690MPa;行星轮材料为40Cr钢,调制处理,许用接触应力为798MPa.在ANSYSWorkbench中,选择ElementShape中的AutoSweepifPossible对两个齿轮进行单元划分,同时指定ElementSize为3mm,用接触单元CONTACT174对内齿轮和行星轮的啮合接触齿廓进行划分,用目标单元TARGE170对行星轮与内齿轮的啮合齿廓进行划分,共生成102801个SOLID187单元,1202个CONTACT174单元和893个TARGE170单元。

                 。2)载荷与边界条件。内齿轮外圆柱面施加固定约束,行星轮既作自转又作公转,所以,在小齿轮的内圆柱面上施加一个圆柱面约束,并且设定其径向和切向为自由,同时,施加一个大小为518.590Nm的力矩。

                 。3)求解。ANSYSWorkbench用的求解器仍然是ANSYS求解器,对于非线性问题,ANSYS的方程求解器采用带校正的线性近似来求解,它将载荷分成一系列的载荷向量,可以在几个载荷步内或一个载荷步的几个子步内施加。

                  5结语

                  齿轮啮合接触等效应力(380倍的放大图),齿轮啮合最大接触应力的变化情况表明,齿轮的接触应力在接触点时达到最大值,最大值为209.64MPa,小于齿轮的许用接触应力值,从而验证所建模型的正确性。

                  通过接触仿真分析,能够真实地表明轮齿啮合的实际受力状态,明确应力的分布区域及最大,最小应力值,避免了传统算法中查图或查表的复杂性以及计算的繁琐性,为齿轮接触强度评价提供更可靠,更有价值的信息,也为齿轮的动态设计,优化设计和可靠性设计打下新的基础。

                 

                 

                 
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