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曲轴式差减速器箱体结构的有限元分析

发布于:2016-09-05 20:38
有限元分析

      减速器箱体是减速器系统的主要组成部分,在少齿差行星齿轮减速器工作中,箱体承载而产生一定的变形。过大的应力可能导致箱体产生裂纹,过大的变形将对少齿差行星齿轮传动产生影响。因此,在箱体结构设计中有必要对箱体结构进行有限元分析和模态分析,以得到更为合理的箱体结构。
      箱体的有限元分析为箱体的结构设计和性能分析提供科学依据。如文占科等对履带车辆综合传动装置箱体进行有限元分析,通过对应力和位移结果的分析,初步判断箱体的刚度和强度条件,在此基础上对箱体结构方案进行细化和改进,提高了方案设计的效率和可靠性。杨成云等对中心传动齿轮箱体进行静态和模态分析,以此引导箱体的结构设计。焦可如等对一种弱刚度复杂形状传动箱体轴承孔铣削加工的结构进行有限元分析,由位移等值曲线的分析为该传动箱体加工过程中一些重要的切削参数和装夹方式的确定提供可靠的依据。针对曲轴式少齿差行星齿轮减速器的箱体结构,用有限元分析AppANSYS进行静态和模态分析,根据分析的结果,对原有箱体结构进行优化。
      如图所示为曲轴式少齿差行星齿轮传动原理图,高速级由一对斜齿圆柱齿轮1,2组成,低速级由少齿差行星齿轮传动组成,H为主动曲轴,3为行星轮,4为输出内齿轮。对于低速级少齿差行星齿轮传动,设内齿轮的转速为n4,行星轮的自转转速为n3,主动曲轴转速为nH=n2。根据零件相对运动的原理,行星轮3作平动,即行星轮的转速为n3=0,则传动比为:所设计的减速器是立式结构,齿轮轴为输入轴,齿轮4的轴为输出轴,输入轴转速为n1=49.2 r/min,传动功率为18.5 kW,减速器总传动比为i14=57,行星轮4的分度圆直径为d4=798 mm,其下箱体结构在UG中的造型如图2所示。下箱体的材料为铸钢,其材料特性参数分别为:弹性模量E为2.06×e11 MPa,泊松比为0.3,密度为8.9×e3kg/m3。其许用应力值为σ=598 MPa。
      虽然ANSYSApp的前处理模块具有建模功能,但与其他CADApp相比,其功能还不够强大,对于形状较复杂的零部件模型,建构起来还非常困难。因此,设置了与多种CADApp,如Pro/E,UG,AutoCAD等的数据交换接口。通过这个接口,可以把模型文件直接传入ANSYS中。采用在UG中建立模型,然后将模型以IGES格式导入ANSYS中。由图2可见,减速器下箱体结构特点是圆柱型的周期对称结构,其旋转周期α=90°,因此,在建立箱体有限元分析模型和求解时,只对1/4箱体进行建模和分析。如图所示为导入ANSYS中的1/4箱体的几何模型。
      单元网格类型选择为Structural Solid的Brick 8node 45单元,划分网格时选取Mesh中的Smart Size选项激活职能网格划分功能,通过滑动条选10级划分,使网格划分速度比较快。
      根据设计中的要求,对下箱体的底面施加零位移约束。施加在下箱体承力面上的载荷简化为均布的面载荷。网格划分及加载后的模型如图4所示。箱体变形前后的比较如图所示,各方向上所受最大应力如表所示。模态分析时只加底面的零位移约束。取箱体的前5阶振型进行分析,其1阶振型下变形前后的比较如图所示,不同频率下的箱体最大应力如表所示。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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