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      無錫克維斯:行星齒輪減速機某元件的有限元剖析
      作者:無錫市克維斯傳動機械有限公司    發布于:2013-05-14 09:44:12    文字:【】【】【
      摘要:無錫克維斯:行星齒輪減速機某元件的有限元剖析

        少齒差減速機是行星齒輪減速機的一種,代表著行星齒輪傳動的一個發展方向。所謂少齒差行星齒輪傳動,就是指內外齒數差很小的內嚙合變位齒輪傳動,它以其較寬的功率,速度范圍和適用于多種工作條件,成為世界各國在機械傳動方面的重點研究方向之一。

        本文介紹ANSYSWorkbench軟件及其與Pro/ENGINEERWildfire2.0的無縫連接方法,在Pro/ ENGINEERWildfire2.0環境中建立漸開線少齒差行星傳動內嚙合齒輪的幾何模型,應用有限元原理在協同仿真軟件AWE中對內嚙合齒輪進行接觸分析,并對結果進行分析。

        1ANSYSWorkbench有限元分析的步驟

        ANSYSWorkbench每一個分析都包括4個主要步驟。

        初步決定前處理求解后處理

        2Pro/E中內齒輪嚙合模型的建立

        Pro/ENGINEER是一套由設計至生產的機械自動化軟件,是一個參數化,基于特征的實體造型系統,并且具有單一數據庫功能,可以快捷地實現三維實體建模,因此本文運用該軟件來進行建模工作。

        圖2少齒差行星傳動模型少齒差行星傳動齒輪模型的建立,先要分步造出外齒輪和內齒輪,然后通過裝配命令將二者按正確位置裝配起來,具體步驟如下:(1)設置齒輪的基本參數;(2)建立計算齒輪各幾何尺寸的關系表達式;(3)建立齒輪的基本實體特征;(4)創建基本曲線和齒廓曲線:輸入漸開線方程;(5)切出第一個齒槽特征;(6)完成齒輪的制作;(7)檢查并添加尺寸之間的關系式。

        這樣就完成了一個齒輪三維模型的建立,裝配后形成少齒差行星傳動齒輪模型。

        3Pro/E與ANSYSWorkbench的連接ANSYSWorkbench有強大的輸入接口,Pro/ENGINEER也有強大的輸入輸出接口,兩者之間可以進行圖形和數據的交換,這樣用戶能在數據共享的前提下,根據不同的用途采用不同的軟件。就少齒差行星傳動中的齒輪而言,在ANSYSWorkbench中不可能構造出精確的模型,但是利用Pro/ENGINEER強大的參數化功能可以建立精確的模型。而FEM有限元分析工作可在ANSYSWorkbench中完成,這樣揚長避短,達到事半功倍的效果。

        有兩種方式可以導入幾何模型:一種以Reader,這種方式不需要運行Pro/ENGINEER系統,首先啟動ANSYSWorkbench,新建一個EmptyProject,單擊LinktoGeometryFile下的Browse……,選擇幾何文件名,然后設置DefaultGeometryOptions及其AdvancedGeometryDefaults選項,單擊CADGeome2 tryTasks下面的NewSimulation,開始導入過程;另一種以Plug-In,要求運行Pro/ENGINEER.首先在Pro/ENGINEER中打開齒輪嚙合的裝配模型,然后從ANSYS9.0菜單選擇Simulation來自動導入模型。本文采用第二種方式。

        4基于集成平臺的內嚙合齒輪CAE分析

        模型劃分后的有限元網格接觸是一種常見的物理現象,它涉及到接觸狀態的改變,還可能伴隨有熱,電等過程,因此成為一個復雜的非線性問題。齒輪嚙合就是一種接觸行為,用有限元法對其進行接觸應力分析具有很重要的意義。

       ?。?)有限元網格劃分。內齒輪材料為45鋼,調制處理,許用接觸應力為690MPa;行星輪材料為40Cr鋼,調制處理,許用接觸應力為798MPa.在ANSYSWorkbench中,選擇ElementShape中的AutoSweepifPossible對兩個齒輪進行單元劃分,同時指定ElementSize為3mm,用接觸單元CONTACT174對內齒輪和行星輪的嚙合接觸齒廓進行劃分,用目標單元TARGE170對行星輪與內齒輪的嚙合齒廓進行劃分,共生成102801個SOLID187單元,1202個CONTACT174單元和893個TARGE170單元。

       ?。?)載荷與邊界條件。內齒輪外圓柱面施加固定約束,行星輪既作自轉又作公轉,所以,在小齒輪的內圓柱面上施加一個圓柱面約束,并且設定其徑向和切向為自由,同時,施加一個大小為518.590Nm的力矩。

       ?。?)求解。ANSYSWorkbench用的求解器仍然是ANSYS求解器,對于非線性問題,ANSYS的方程求解器采用帶校正的線性近似來求解,它將載荷分成一系列的載荷向量,可以在幾個載荷步內或一個載荷步的幾個子步內施加。

        5結語

        齒輪嚙合接觸等效應力(380倍的放大圖),齒輪嚙合最大接觸應力的變化情況表明,齒輪的接觸應力在接觸點時達到最大值,最大值為209.64MPa,小于齒輪的許用接觸應力值,從而驗證所建模型的正確性。

        通過接觸仿真分析,能夠真實地表明輪齒嚙合的實際受力狀態,明確應力的分布區域及最大,最小應力值,避免了傳統算法中查圖或查表的復雜性以及計算的繁瑣性,為齒輪接觸強度評價提供更可靠,更有價值的信息,也為齒輪的動態設計,優化設計和可靠性設計打下新的基礎。

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