周 攀 肖 瑤 陳 龍 李 可 周莎莎廣東環(huán)境保護(hù)工程職業(yè)學(xué)院

節(jié)能設(shè)備中齒輪變速箱的有限元分析

周 攀 肖 瑤 陳 龍 李 可 周莎莎
廣東環(huán)境保護(hù)工程職業(yè)學(xué)院

周攀，男，工學(xué)碩士，工程師，研究方向：節(jié)能技術(shù)、智能材料與結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測、節(jié)能設(shè)備故障診斷。

在工程領(lǐng)域的長期應(yīng)用實(shí)踐，有限元法在工程領(lǐng)域的仿真應(yīng)用解決了很多工程實(shí)際問題，推動(dòng)了工業(yè)技術(shù)進(jìn)步。有限元法最主要的應(yīng)用是結(jié)構(gòu)優(yōu)化，如結(jié)構(gòu)形狀的最優(yōu)化，振動(dòng)和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的分析等。本論文通過對行星減速器的設(shè)計(jì)建模然后應(yīng)用軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)的有限元分析，然后對主要的零部件如齒輪應(yīng)用有限元分析軟件COSMOSWorks進(jìn)行了有限元分析，對其在不同的載荷及約束的條件以及不同的材料下，其應(yīng)力、位移、應(yīng)變等進(jìn)行了研究，有實(shí)驗(yàn)的結(jié)果圖片得出了相關(guān)的結(jié)果達(dá)到了預(yù)期的目的。

減速器的總體設(shè)計(jì)

減速器的結(jié)構(gòu)

減速器主要由齒輪（或蝸桿渦輪）、軸、軸承及箱體四部分組成。箱體是傳動(dòng)的基座，應(yīng)保證傳動(dòng)軸線相互位置的正確性，故軸承孔必須精確加工。箱體本身必須有足夠的剛度，以免箱體在內(nèi)力及外力作用下產(chǎn)生過大的變形。

行星齒輪減速器的結(jié)構(gòu)及工作原理

行星齒輪傳動(dòng)設(shè)備具有體積小、重量輕和承載能力高的優(yōu)點(diǎn)，主要原因之一是利用了幾個(gè)行星輪分擔(dān)行星減速器的總載荷，從而使得總功率進(jìn)行了分流。為了解決上述問題，在行星齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上要采用均載機(jī)構(gòu)。這樣，就可以降低載荷不均勻系數(shù)，從而提高設(shè)備的承載能力和平穩(wěn)性。彈性件的均載機(jī)構(gòu)。其基本原理是通過彈性元件的彈性變形補(bǔ)償制造、安裝誤差，以使各行星輪均勻分擔(dān)載荷。例如采用薄壁內(nèi)齒輪，靠齒輪薄壁的彈性變形達(dá)到均載的目的。

行星齒輪減速器的設(shè)計(jì)步驟

根據(jù)齒輪變速箱設(shè)計(jì)的一般方法，根據(jù)載荷的大小、轉(zhuǎn)速、輸入功率來確定齒輪的模數(shù)、直徑、材料、齒寬等相關(guān)參數(shù)，然后進(jìn)行強(qiáng)度校核。首先根據(jù)原始數(shù)據(jù)如：電機(jī)功率、輸入轉(zhuǎn)速、輸出轉(zhuǎn)速、前減速器傳動(dòng)比，其次進(jìn)行電動(dòng)機(jī)的選擇和傳動(dòng)比的分配、再次進(jìn)行前減速器設(shè)計(jì)、行星齒輪減速器傳動(dòng)齒輪設(shè)計(jì)；接著進(jìn)行行星減速器其他構(gòu)件的選擇：如箱體結(jié)構(gòu)尺寸、減速器的各項(xiàng)基本參數(shù)的確定。

應(yīng)用CosmosWorks對行星減速器的有限元分析

COSMOSWorks是一個(gè)功能強(qiáng)大、簡單易用的分析和優(yōu)化軟件。COSMOS/Works實(shí)例有限元分析 ，一般而言，進(jìn)行有限元分析過程主要包括以下6個(gè)方面：1.建模2.選定材料和元素界面3.生成網(wǎng)格模型4.添加載荷和相關(guān)約束5.根據(jù)輸入的參數(shù)進(jìn)行執(zhí)行6.生成仿真結(jié)果。

圖1 行星齒輪減速器結(jié)構(gòu)

圖2 中心輪網(wǎng)格圖

圖3 行星輪應(yīng)力分布圖

圖4 軸的應(yīng)力分布圖

結(jié)語

經(jīng)過對電機(jī)系統(tǒng)中變速箱的設(shè)計(jì)，接著在設(shè)計(jì)過程中采用限元分析軟件COSMOSWorks進(jìn)行網(wǎng)格劃分和添加約束進(jìn)行仿真，對傳動(dòng)齒輪和變速箱軸的仿真分析過程結(jié)果非常準(zhǔn)確與實(shí)際結(jié)果吻合，仿真的結(jié)果可以非常明細(xì)的顯示出齒輪變速箱的構(gòu)件應(yīng)力及強(qiáng)度分布直觀可見，從而提高了變速箱產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造的精確性。從仿真云圖我們可以看到齒輪的最大位移為1.173e-002m；齒輪最大應(yīng)力大小為335178976.0n/m2。齒輪的最大應(yīng)變?yōu)?.063e-004。近年來隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及和計(jì)算速度的不斷提高，有限元分析在工程設(shè)計(jì)和分析中得到了越來越廣泛的重視，已經(jīng)成為解決復(fù)雜的工程分析計(jì)算問題的有效途徑。