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基於ANSYS減速器內齒環板的有限元分析

發布於:2019-09-02 21:09
有限元分析

      三環減速器是一種新型齒輪傳動裝置。齒輪傳動部分采用的齒板上的內齒輪和齒輪軸上的外齒輪相齧合的內齧合方式,由於相齧合齒輪的齒數差很少,一般是1/4齒差,在機械傳動過程中同時有多對齒相接觸,單個齒受力小而使整機承載能力高,過載性能好。與功率相同的圓柱齒輪傳動相比,該型減速器由於特殊的結構而具有整機體積小、重量輕、傳動的功率範圍廣等優點,在機械、石油化工等行業得到越來越廣泛的應用。在對機械產品的設計計算時,對機械結構進行有限元分析是一個重要步驟。本文以工程應用為目的,基於ANSYS軟件,對二級三環減速器的重要傳動部件內齒環板進行強度和剛度分析,根據得出的結果對內齒環板的結構進行改進設計。
      本減速器采用二級傳動。第一級采用一對斜齒輪傳動;第二級為少齒差內齧合齒輪傳動,輸入軸、支承軸和輸出軸3根軸的軸線互相平行且處於水平位置,采取輸入軸和支承軸在同側,而輸出軸在另一側的偏置式布置方式。動力由斜齒輪通過輸入軸單軸輸入,由偏心套帶動3片內齒環板以及內齒環板上的內齒輪和輸出軸上外齒輪的齧合,由輸出軸輸出動力。為防止由偏心套和內齒環板等組成的曲柄連杆機構在曲柄和連杆共線時運動的不確定性,采用齧合瞬時相位差為120°的3片內齒環板。箱體采用上下水平剖分結構。圖1為該減速器的實體模型。
      采用ANSYS軟件的具體建模步驟見文獻,ANSYS雖然也有建模功能,但對於複雜零件選用功能強大的Pro/E進行建模能起到事半功倍的效果。本環板實體模型采用Pro/E建模,利用ANSYS內置的接口實現從Pro/E的模型導入。單元設置:Main Menu-Preprocessor- Element TypeCAdd-Edit-Delete,單擊Add按鈕,選擇帶有20個節點的單元Solid95單元,單擊OK,Close按鈕。設置材料屬性:Main Menu-Preprocessor-MaterialProps-Material Models,雙擊Material Model Available列表框中的StructurahLinear-Elastic-Isotropic選項。在EX和PRXY文本框分別輸入2.09e11及0.269。單擊OK按鈕,然後執行Material-Exit命令,完成材料屬性設置。設置網格的尺寸大小:Main Menu-Preprocessor-Size Cntrls-Global-Size命令。在Element edgelength文本框中輸入50,單擊OK按鈕。采用自由網格劃分單元:執行Main MenuPreprocessor-Mesh-Areas-Free命令,單擊"Pick all”按鈕,單擊OK按鈕,生成網格,如圖所示。
      施加約束命令,將軸承內孔全部約束,選擇ALL DOF選項,單擊OK。內齒環板上的輪齒所受的載荷隨工況轉角的變化規律見圖所示。由圖可以看出:3塊內齒環板上的輪齒所受載荷以360°為周期變化且規律完全相同,隻是各環板分別相隔120°相位差。當工況角為85°時,某塊內齒環板的輪齒所受載荷有最大值:P=1.98698xe4N,假設有5對齒同時齧合且每個齒受力均等,則每個齒所受載荷大小為最大載荷的1/5。因此,加載時選擇最危險工況下的最大載荷平均施加於以工況角為85°對稱分布的5個輪齒上。施加載荷命令,假設有5對齒齧合,在危險工況角度拾取對稱的5個漸開線齒廓,單擊OK按鈕,在Load PRES value文本框中輸入載荷值,單擊OK。求解:Main Menu-Solution-Solve-Current LS命令。出現一個Solution is done對話框時單擊Close按鈕完成求解運算。


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