基于Ansys的减速器有限元分析

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1、基于Ansys的减速器有限元分析任岐鸣1张奇21.中钢集团西安重机有限公司，陕西西安7102012.中国重型机械研究院股份公司，陕西西安710032摘要：本文建立了减速器齿轮系的三维有限元模型并运用Ansys软件进行了有限元分析，获得了减速器在最大载荷作用下各部位的应力和变形分布情况，为减速器齿轮系结构的设计和分析提供了理论依据。这种基于Ansys的有限元分析可为其它齿轮传动结构的分析提供借鉴。关键词：有限元；Ansys；减速器U463A2013S．1重型机械·343·(2)齿轮架的加载。齿轮架在工作过程中传递扭

2、矩，扭矩是通过行星轮轴对齿轮架轴孔的的作用力F’传递到齿轮架上的。高速级太阳轮传递的扭矩是，疋=12．456X103Nm行星轮与太阳轮每一对啮合副的传递扭矩是to,=咒／Cj=12．456X103／4。=3114Nm每一对啮合副相互作用的切向力F。=2000乙／d。=2000×3114／144=43250N式中，d。为高速级太阳轮的分度圆直径。在行星轮上，沿平行于行星轮轴轨迹线的切线方向，共受有三个力，即齿轮架的作用力F。、内齿轮对行星轮的切向作用力F¨太阳轮对行星轮的切向作用力，因此行星轮所受到的切向力是F，=

3、2F。。=2x43250=86500Nm转架轴孑L所受的作用力的大小等于行星轮所受到的切向力F。。p=2面F,×106=等胖=14．30胁d为齿轮架轴孑L直径；b为齿轮架轴孔与轴的接触宽度对齿轮架的四个轴孔受压面施加面载荷，完成齿轮架的加载工作。(3)边界条件。在齿轮架的低速级太阳轮的固定处的表面施加全约束，完成后的模型约束情况如图2所示。图2高速齿轮架模型的加载及边界条件(4)结果分析。齿轮架的总变形图如图3、图4所示，由图可以看出，位移方向为绕轴线旋转的直径的切线方向，总的变形趋势是，沿着直径方向向外逐渐加大

4、，从输出端到另一端逐渐加大。图3高速级齿轮总变形图齿轮架的应力分布如图4所示，从图中可以看出，除了交线处，应力值显得较大外，应力分布还是比较均匀的，考虑到其最大应力比许用应力小，从应力分析的角度来说，还是满足设计要求的。图4齿轮架的等效应力图2．1．2低速级齿轮架的静力分析对低速级齿轮架的静力分析方法与高速级基本相同，采用SOLID92单元，弹性模量为2．06E11Pa，泊松比为0．3。在加载方式上，采用高速级齿轮架的加载方式，计算过程略。求解后，对其应力和形变进行分析。i·344·重型机械2013S．1(1)齿

5、轮架的变形分布。低速级齿轮架的变形如图5所示，可以看出，齿轮架总的变形趋势是沿着齿轮架回转轴的轴线，变形量随着距离输出端的距离的增大而增大；在平行于输出轴端面的径向上，变形量随着直径的增大而增大。图5低速级齿轮架的变形罔(2)齿轮架的应力分布。低速级齿轮的应力分布如图6所示，在靠近输出轴端的区域应力值比较大，最大应力出现在轴孑L附近的近端侧板与轴颈的交线处，最大应力值为205MPa。图6低速级齿轮架的等效应力图2．2齿轮的弯曲应力分析一般而言，齿轮的破坏方式主要有两种，即因弯曲应力引起的破坏和冈接触应力引起的疲劳

6、破坏。理论上，对f高速轻载齿轮，冈接触所引起的疲劳问题比因弯曲应力引起的疲劳问题更严重些。而对于低速重载的齿轮，其因弯曲应力所引起的问题比因接触所引起的问题更严重，，对于本次分析的太阳轮，理论上应属于雨载的齿轮范畴，但考虑到其转速较高，因此在分析时，对弯曲应力和接触应力均进行r分析。2．2．1高速级太阳轮的弯曲应力分析(1)模型的网格划分。对于该太阳轮，可选取SOLID45单元，图7即为划分好的单元图。图7高速级太阳轮的单元图(2)模型的加载。选定在最恶加载线处进行加载，即使齿轮的弯曲应力达到最大时齿轮的啮合位置

7、，在单齿啮合的最高位。本次加载采用节点加载的方法，假设载荷是沿着加载线均匀分布的，在最恶加载线的各个节点I：施加相等的集中载荷，载荷的方向沿着齿廓线的法向指向齿轮。由于在小齿轮上施加的扭矩已知，计算出齿轮的所加的载荷为148285．7N。(3)边界条件。在齿轮的内孑L表面施加全约束，使其在各个方向的位移均为零。(4)求解和计算结果的分析。由图8可以看出，轮齿的载荷只对相邻的两齿产生了局部的影响，而对相邻齿以外的其它齿的影响n丁忽略不汁。因此，在对齿轮进行分析时，可以只取i到四个齿进行分析。图9是高速级齿轮的等效应

8、力图，轮齿的最大应力出现在齿根区，最大值达到了161MPa。传统计算方法计算H{的齿轮的弯曲疲劳极限是盯n。=65lMPa，远大j二齿根处实际受到的弯曲应力，因此齿轮的使川是安全的j一州一～2013S．1重型机械·345·图8VonMise等效应力图图9受载齿及其附近的VonMise应力图2．2．2低速级齿轮的弯曲应力分析对低速级齿轮弯曲应力的分析方法与高速级基本相同，采