內(nèi)部齒輪在高速行星齒輪裝置中的有限元分析

摘要：在本文中，高速運(yùn)行的行星齒輪在內(nèi)齒圈中的應(yīng)力和彈性變形被研究，在內(nèi)部齒圈中，外緣環(huán)的厚度參數(shù)限定是非常靈活的，內(nèi)部齒圈和齒輪箱的嚙合被用6個(gè)間隔均勻線性彈簧來(lái)描述，通過(guò)Pro / E和ANSYS建立整個(gè)內(nèi)部齒環(huán)的有限元模型。嚙合輪齒內(nèi)部齒圈通過(guò)接觸率和負(fù)載分擔(dān)系數(shù)來(lái)負(fù)載，并且文中通過(guò)有限元仿真，對(duì)壓力和轉(zhuǎn)向靈活性的分析來(lái)預(yù)測(cè)影響內(nèi)齒圈的撓度和維護(hù)狀況，仿真表明，減小內(nèi)齒圈的厚度時(shí)，其主應(yīng)力和撓度會(huì)增加，環(huán)內(nèi)部齒圈厚度減小。此外，較大的彈簧剛度有助于減少內(nèi)齒圈的應(yīng)力和撓度。因此，在設(shè)計(jì)高速行星齒輪傳動(dòng)時(shí)必須考慮內(nèi)部齒圈的撓度。
關(guān)鍵詞：行星齒輪傳動(dòng)；內(nèi)齒圈；有限元法

因?yàn)樵诖鬁p速比，高承載能力，緊湊性和穩(wěn)定性方面的優(yōu)勢(shì)，高速行星齒輪傳動(dòng)產(chǎn)品被廣泛應(yīng)用于航空航天和汽車工程。在過(guò)去的幾十年里，為了減輕振動(dòng)和噪音控制，對(duì)齒輪裝置的動(dòng)態(tài)模擬已經(jīng)被引起高度重視[ 1-8 ] 。其中一個(gè)重要部分，內(nèi)齒輪的設(shè)計(jì)必須謹(jǐn)慎，因?yàn)樗膿隙饶軌蚝軓?qiáng)烈的影響齒輪傳動(dòng)性能。研究表明，內(nèi)齒輪的撓度對(duì)行星齒輪傳動(dòng)的動(dòng)態(tài)特性的影響非常明顯[ 9 ] 。為了得到齒圈的應(yīng)力和撓度，一些有限元分析模型被提出[ 10-14]。然而，大多數(shù)模型只涉及部分的內(nèi)部齒圈與薄環(huán)。齒輪沿漸開(kāi)線的傳動(dòng)部分有相應(yīng)的約束邊界條件和載荷點(diǎn)，而在一個(gè)完整周期的某一齒尖，不考慮轉(zhuǎn)換之間的單、雙接觸區(qū)。有限元/半解析非線性接觸模型被用于探討研究?jī)?nèi)齒輪彈性準(zhǔn)靜態(tài)行星齒輪集[ 15 ] ?？紤]所有齒輪撓度和齒條傳動(dòng)狀況，應(yīng)力和撓度被做為確定齒輪厚度的函數(shù)。與以往的工作模型相比較，該模型涵蓋了整個(gè)傳輸系統(tǒng)模型。然而，在成功運(yùn)用該模型前，該模型中的描述編號(hào) [ 15 ]需要高水平的專業(yè)知識(shí)來(lái)描述。
本文的目的是探討內(nèi)齒輪在高速行星齒輪傳動(dòng)過(guò)程中，齒輪邊緣厚度和傳動(dòng)狀況對(duì)壓力和撓度的影響。首先，運(yùn)用Pro / E和ANSYS進(jìn)行有限元分析，建立一個(gè)內(nèi)齒輪被固定在直齒條上的齒輪箱模型。然后，適當(dāng)?shù)倪吔鐥l件被適用于模擬的實(shí)際支持條件，而接觸率和公共負(fù)荷被用于分配恰當(dāng)?shù)呢?fù)荷到嚙合齒。最后，商業(yè)有限元程序ANSYS中的APDL語(yǔ)言，對(duì)影響內(nèi)齒輪邊緣厚度和支持條件的應(yīng)力和撓度進(jìn)行了分析。
1有限元模型
1.1例證系統(tǒng)