程鶴鳴，劉志，張軍林

（黃岡師范學院 機電工程學院，湖北 黃岡438000）

基于ProE和ANSYS的大速比試驗臺設計及關(guān)鍵部件研究

程鶴鳴，劉志，張軍林

（黃岡師范學院 機電工程學院，湖北 黃岡438000）

針對大速比減速器的結(jié)構(gòu)特點，確定了減速器試驗臺的布置方案，設計了一種箱形封閉功率流式減速器試驗裝置。重點討論減速器的傳動方式，利用ProE對減速器試驗臺進行建模裝配，并利用ANSYS對其關(guān)鍵傳動部件進行受力分析。

大速比減速器；減速器試驗裝置；封閉功率流

設計出一種合理的大速比減速器試驗臺，通過跑合和加載試驗來測試減速器的一系列參數(shù)，如轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、效率等。并以此為依據(jù)來反向判斷減速器設計的合理性、制造的精密程度以及裝配的可靠性。要想項目進展順利，只有前期設計和分析做的好，后期試驗就會節(jié)省很多的調(diào)整和再設計時間。本文就利用Pro/E三維設計軟件對減速器試驗臺進行建模并裝配，然后用ANSYS對其關(guān)鍵傳動部件進行受力仿真分析，以期結(jié)合大速比減速器的結(jié)構(gòu)特點設計出一種合理的大速比減速器試驗臺。

1 大速比減速器試驗臺布置和實體建模裝配

經(jīng)過對大速比減速器參數(shù)的研究，結(jié)合實際情況及需求，為了減少大速比減速器試驗臺的功率損失，選用機械封閉功率流式試驗臺，如圖1所示。

圖1 大速比減速器試驗臺傳動布置圖

此種讓兩個減速器肩并肩布置的方式，不僅可以保證減速器的放置，而且使整體長度縮短了一半。這樣即降低了對同軸度的要求，又節(jié)約了縱向空間，使結(jié)構(gòu)較之前的設計更緊湊、合理。兩減速器的低速端之間用一個中間輪來傳遞轉(zhuǎn)矩，省去了復雜的傳動齒輪箱，并將驅(qū)動電機、磁粉加載器、傳感器等安裝在箱體表面上方。利用Pro/E對大速比減速器試驗臺進行建模和裝配，如圖2所示。

圖2 大速比減速器試驗臺裝配圖

2 大速比減速器試驗臺的關(guān)鍵部件分析

由于減速器高速端轉(zhuǎn)速達到1330r/min，總傳動比達到1179.3：1，因此低速輸出齒輪轉(zhuǎn)速只有1.128r/min，減速器低速輸出齒輪與傳動輪的傳動速度很慢，受力很大，所以要對此傳動輪進行受力分析，中間傳動輪受力圖如圖3所示。

由于傳動比達到1179.3：1，因此低速輸出端齒輪的轉(zhuǎn)速非常緩慢，可以將中間傳動輪分度圓嚙合時的受力簡化為靜力接觸，由圖3可以看出，中間輪受到兩個減速器的低速輪的向下的力F，因此中間傳動輪的支撐軸必須給它以兩倍向上的力2F才可以保持平衡，用ANSYS對傳動輪進行網(wǎng)格劃分、邊界條件設置和加載，最后求解。

由圖4結(jié)果可知，傳動輪嚙合齒的接觸部分應力較大，最大應力109MPa，均小于中間傳動齒輪的許用接觸應力和齒輪的彎曲應力，因此中間傳動輪的強度足以保證其正常運轉(zhuǎn)。

由于中間傳動輪受到較大載荷，必須對其支撐軸進行受力分析。支撐軸給齒輪2F的力，中間傳動輪也給支撐軸2F 的力，與齒輪分析一樣，通過建模、定義材料屬性、網(wǎng)格劃分、施加必要的邊界條件和載荷，分析結(jié)果如圖5所示。

從圖5中可以知受力集中的位置是軸兩端與軸承接觸的邊緣，其所受的最大應力為62.5MPa，小于其許用應力，滿足強度要求，其最大變形量也滿足要求。

圖3 中間傳動輪受力圖

圖4 傳動輪受力圖

3 結(jié)語

根據(jù)大速比減速器的特點，對大速比減速器試驗臺進行了研究，布置了大速比減速器試驗臺的傳動方式。在此基礎上，利用Pro/E設計并裝配了大速比減速器試驗臺的實體模型，并利用ANSYS對關(guān)鍵的傳動輪和傳動軸進行網(wǎng)格劃分與受力分析，優(yōu)化和保證了設計方案的合理性。

圖5 中間軸的等效應力圖

[1] 董萬福, 吳斌, 段欽華. 封閉式行星輪系的結(jié)構(gòu)與功率流研究[J]. 機械設計與研究，2007,23(3):10～11.

[2] Ishibashi, Akira1, Sonoda, Keiji1, Isami, Shoichi1. Theoretical efficiencies of planetary gear drives for speed increase and reduction with experimental verification. J. American Society of Mechanical Engineers, 1996,88:397～404.

[3] Yibin He, Dingfang Chen, Juan Zhang,Ganwei Cai. The Virtual Design and Assembly of A Multilevel Planetary Reducer. J. The third International Conference 2008, (2):802～806.

[4] 沈兆奎,鞏玉雪.減速器性能測試試驗臺的設計與仿真分析[J].重型機械, 2013, (6) :69～73.

[5] 李新華, 高崇金, 皮云云.齒輪減速器封閉式試驗臺加載系統(tǒng)[J]. 起重機運輸機械, 2009(5),48～50.

[6] 郭洪軍. 兩類減速器試驗臺性能比較[J].機械工程師， 2009, (7) :156～157.

[7] 張洪國, 吳修彬, 王朝娜. 基于Pro/E的參數(shù)化建模研究[J].機電產(chǎn)品開發(fā)及創(chuàng)新， 2009, (5) :122～123.

[8] 揭曉. 巧用Pro/E裝配模塊解決零件裝配問題實例[J]. 金屬加工， 2009, (7) :79～80.

[9] 王春升. 基于ANSYS的漸開線直齒圓柱齒輪有限元分析[J].機械工程與自動化， 2007, (2) :70～73.

[10]王亮, 王展旭, 楊眉. 基于ANSYS的漸開線直齒圓柱齒輪有限元分析及改進方法[J]. 現(xiàn)代制造工程, 2008, (4) :66～68.

TH132.46

A

1671-0711（2017）01（下）-0129-02

黃岡師范學院青年科研基金項目（2015022103）湖北省自然科學基金項目（2016CFB148）