NGW型行星轮系瞬时啮合的仿真分析.pdf

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1、·70·煤矿机电2014年第4期NGW型行星轮系瞬时啮合的仿真分析术郝建生(山西天地煤机装备有限公司，山西太原030006)摘要：在ANSYS中分别建立NGW型行星轮系太阳轮、行星轮、齿圈的有限元分析模型，并实现三者的准确装配。对啮合过程进行瞬时啮合仿真分析，精确获取啮合过程中各齿轮齿面接触应力和齿根弯曲应力变化曲线。在此基础上提取了各齿轮齿面接触应力和齿根弯曲应力最大值及对应的啮合位置，为对掘进机减速器NGW型行星轮系的寿命分析及结构优化提供依据。关键词：行星轮系；有限元分析；动力学分析中图分类号：THl32．

2、425文献标识码：A文章编号：1001—0874(2014)04—0070—04TransientMeshSimulativeAnalysisofNGWPlanetaryGearTrainHaoflansheng(ShanxiTiandiCoalMiningMachineryCo．，Ltd．，Taiyuan030006，China)Abstract：TheFEA(FiniteElementAnalysis)modelsoftheNGWplanetarygeartrain，includingsungear，plan

3、etgearandringgear，areestablishedandcorrectlyassembledinANSYS．Thetransientmeshingprocessissimulated，fromwhichgainthecurvesofteethcontactingstressandtooth—rootbendingstressforallgears．Basedonthis，themaximumvaluesbothofcontactingandbendingstressandwhenandwhereth

4、eytakeplacemaybepickedoff．ThestudyprovidesthebasisforanalyzingtheservicelifeandoptimizingthestructureofNGWplanetarygeartrain．Keywords：planetarygeartrain；finiteelementanalysis；dynamicanalysis0引言NGW型行星轮系传动被广泛应用于掘进机、采煤机等重型装备。计算齿根弯曲疲劳强度的传统方法，常按载荷作用于单对齿啮合区最高点来计算高精

5、度齿轮；为便于计算，通常按载荷全部作用于齿顶来计算低精度齿轮齿根的弯曲强度；以节点啮合进行齿面接触疲劳强度计算¨j。分析计算表明，齿面最大接触应力一般出现在小轮单对齿啮合区内界点、节点以及大轮单对齿啮合区内界点这三个特征点之一处。但传统方法无法得到接触应力最大的精确位置。许多学者在NGW型行星轮系的参数化设计、动力学仿真分析方面展开了较为深入的研究【2引。但对NGW型行星轮系运转过程中各个齿轮的应力行为缺乏详细的分析。导入其他三维软件}国家高技术研究发展计划基金项目(2012AA06A405)的分析模型，大都存在

6、数据兼容性误差，对仿真分析结果产生一定的负面影响。本文在ANSYS中精确建立齿轮齿面，生成齿轮实体及NGW型行星轮系的有限元分析模型，以避免数据兼容性误差。然后对齿轮模型施加相应的边界条件，获取各齿轮在整个啮合时间历程中的应力变化曲线。利用实际参数进行瞬时啮合仿真分析，得到各齿轮在运转过程中接触和弯曲应力的分布及变化情况，精确获得最大应力发生的时刻和位置，为NGW型行星轮系的寿命分析和结构优化提供了依据。1NGW型行星轮系瞬时啮合仿真分析1．1NGW型行星轮系有限元建模NGW型行星轮系主要由太阳轮、行星轮、齿圈和

7、行星架组成。用销轴简化行星架，为太阳轮、行星轮、内齿圈建模，仿真分析齿面接触应力和齿根弯曲2014年第4期煤矿机电·7l·应力。行星架强度可通过静力学分析进行研究。齿轮的瞬时啮合分析涉及到齿面的啮合接触行为，因此对齿面模型精度要求较高。为了精确建立齿面模型和便于实现参数化，结合均匀三次B样条曲面的生成原理，建立了IGES接口的曲面前处理器，将行星轮系各齿轮的轮齿曲面的点阵拟合成轮齿曲面旧J，如图1所示。燃鬻誉港豢黧≮。!厂殍鬻雾鬻鬻雾鍪≯j图1轮齿点阵及拟合齿面然后基于轮齿曲面，建立单个齿轮的实体模型"-，进行有

8、限元网格划分及装配，完成行星轮系的啮合装配。由于齿轮的啮合过程具有周期性，因此本文选取几对齿啮合代替全齿啮合以提高计算效率。同时考虑到齿轮内部区域相对于轮齿及齿根部位应力变化较小，因此在齿轮内部建立刚性区，生成简化的有限元模型，如图2所示。图2行星轮系有限兀简化模型1．2NGW型行星轮系瞬时啮合分析瞬时啮合仿真分析的基本方程：【M】{疗)+【CI{i／}+【KI{H，={