輪邊減速器行星架結構強度分析

tags:    時間:2014-03-07 10:10:26
輪邊減速器行星架結構強度分析簡介
輪邊減速器行星架結構強度分析 摘 要:傳統的齒輪設計是根據齒輪所受到的齒根彎曲和齒面接觸疲勞應力,計算得到齒輪的參數,這種設計方法時間長,工作量大。而現代設計重把優化設計演算法……
輪邊減速器行星架結構強度分析正文
輪邊減速器行星架結構強度分析
摘 要:傳統的齒輪設計是根據齒輪所受到的齒根彎曲和齒面接觸疲勞應力,計算得到齒輪的參數,這種設計方法時間長,工作量大。而現代設計重把優化設計演算法和可靠性理論引入,可以利用計算機工具,尋求最佳設計參數。本文對傳統設計方法設計的行星輪架應用Pro/E軟體為一級行星架建立三維實體模型,並將該模型導入ANSYS軟體進行有限元分析,進行強度校核,參數優化。
關鍵詞:行星齒輪系統,輪邊減速器,有限元。
Structure Intensity Analysis of  Planet Wheel Gear System of Wheel Reductor
Abstract:Traditional wheel gear design accords to the bear bottom bend and the bear surface contact stress wheel gears are subjected to ,and then gets bear parameters .It takes designers long time ,and the work is great . But now the Optimization Design and Reliability Theory are imported in the modern engineering , and we can make full use of the calculator tool to look for the best design parameter. In the text we using the Pro/E software for the level planet carrier establishment three dimensional full-scale mockup, and inducts this model the ANSYS software to carry on the finite element analysis, carries on the intensity examination for the planet wheel gear system designed in traditional method.
Key Words:Planet Wheel Gear System,Wheel Reductor , Finite Element.
 
1 引 言
    二十世界60年代到80年代,齒輪技術有了快速的發展,在此期間,對齒輪疲勞壽命和材料疲勞特性進行了廣泛研究,美國齒輪製造協會(AGMA),德國以及國際標準化組織(ISO)先後制訂了較為配套的齒輪標準。進入80年代后,齒輪傳動技術有了飛速的發展,並獲得了較為廣泛的應用,而齒輪傳動的設計方法卻顯得相對滯后。
    對於齒輪傳動的參數設計,傳統的設計方法大多是依靠分析,試湊或類比的方法來確定複雜的結構參數,從而減少了設計的可行方案,使設計變得相對被動,往往需要多次重複性的工作,才能得到比較滿意的結果。隨著計算機的發展和相關軟體功能的不斷強大,越來越多的設計開始使用軟體模擬,用軟體代替手工設計,並用軟體進行相關分析,對設計不滿意的地方進行修改,繼續模擬模擬,直到得到比較滿意的結果。這樣大大提高了設計速度,對很多方案都可以模擬,是現代比較好的設計方法。
2 輪邊減速器的特點
    輪邊減速器屬於汽車傳動系統的一部分.而傳動系統是發動機動力與汽車車輪負載之間的動力傳遞裝置.它應滿足使用上對汽車性能的要求,主要有以下幾項特點:
1)保證汽車在各種使用工況下所必需的牽引力變化範圍.通常4~5,有時達數1O倍.因汽車實際載重量、道路坡度、路面好壞、交通與道路情況等均在很大範圍內變化所致.
2)保證汽車在各種使用工況下對速度的變化要求,這一速度變化範圍應從零到最高車速.在發動機旋轉方向不變的情況下,可獲得倒檔行駛.汽車在轉彎的時候,能以外輪轉得快,內輪轉得慢的不同轉速正常轉向.
3)在滿足上述基本要求的同時,應保證汽車具有最佳的動力性和燃料經濟性.輪邊減速器是將動力直接傳遞給輪子的一個重要部件,是應用於原動機和車輪之間的獨立傳動裝置,其主要功能是降低轉速,增大扭矩,以便帶動大扭矩的機械.為了使變速器、分動器、傳動軸等總成不致因承受過大扭矩而使它們尺寸過大、重量過重,應將其傳動比以儘可能的比率分配給驅動橋,採用較大的傳動比,使其達到所需的減速要求,設計時,考慮其安裝空間有限,應在保證一定的傳動比時儘可能地將其尺寸減小.在設計的同時,還應考慮齒輪的模數、齒數以及其它零部件的尺寸.
輪邊減速器設計的主要任務是:1)從技術先進性、生產合理性和使用要求出發,正確地選擇性能指標、重量和主要尺寸,提出整體設想(整體設計方案)為各零部件設計提供整體參數和設計要求.2)對內部零件(主要有齒輪、軸承、傳動軸等)進行合理的布置並對其進行強度、剛度、壽命等校核,使其達到結構緊湊、重量輕、安全可靠性好、造型美觀、維修方便、運動協調。
3 行星齒輪傳動類型和傳動簡圖
    因為本文所涉及的車採用電動輪驅動,為了獲得較大的傳動比,同時保證較高的傳動效率,結構更加緊湊,選用型封閉行星齒輪傳動較為合理,其傳動簡圖如圖3-1所示。該輪系由一級差動行星輪系和二級准行星輪系(定軸輪系)組成的封閉行星齒輪傳動。
封閉行星齒輪傳動的自由度W可按以下結構公式計算,即
    (2-1)
式中,——運動的基本構件數;
——簡單的行星齒輪傳動數目;或稱行星排數目。
圖3-1 傳動簡圖
    如圖2-1所示,該反饋式封閉行星齒輪傳動,其簡單的行星齒輪傳動數k =2,
    運動的基本構件數=3,按上述結構公式可得該型封閉行星齒輪傳動的自由度為
可見,該輪系的自由度為1,即只需要給定一個動力輸入件,其餘各個部分的運動情況也就隨之確定,符合設計要求。

 

4 典型零件的三維建模和有限元分析
在Pro/E界面內繪製行星架的三維實體模型如下所示
圖4-1
    將Pro/E界面中的三維模型導入ANSYS分析軟體,主要步驟如下:
1) 將行星架模型劃分有限單元格    行星架主體直徑約為1m,故取0.01m為單元尺寸劃分單元格,得到如下圖所示的模型
圖4-2
2) 對行星架進行受力分析,做出簡化示意圖    行星架通過花鍵與二級中心輪相連接,轉矩由行星軸輸入並帶動行星架繞一級太陽輪轉動,通過花鍵輸出到下級太陽輪。可將行星架受力情況簡化為:輸入端三根行星輪軸分別對三個軸孔的一側作用一個切向均布力;花鍵處作用有一扭矩,與三個切向力形成平衡。簡化后的受力示意圖如下:       
圖4-3
前文已求得花鍵處傳遞的扭矩為T=19160.1Nm;
又行星軸孔受力面積可近似為其投影面積S=10000mm2;
通過計算得,每個軸孔所受切向力大小為   F=26068N.
3 在ANSYS界面內,同時選取三個行星軸孔的一側為受力面,施加均布力F;再將行星架上所有花鍵健齒的一側選中,作為固定約束。
4) 運行軟體應力分佈和變形分佈功能,得出應力分布圖和變形分布圖如下:
  圖4-4
圖4-5
由4-4圖可知,行星架所受最大應力發生在花鍵軸孔與連接板相接處附近,所受最大應力為9.3MPa,該應力遠遠小於許用應力值;而最大變形發生在行星架外側連接板軸的外緣,最大變形量為0.03mm,該變形量完全能符合要求值。
綜上,行星架設計符合要求。
5 結論
    本文對輪邊減速器的行星輪系支架使用Pro/Engineer建立簡化的三維實體模型,並應用ANSYS進行強度分析, 分析結果可靠,為以後的設計提供了一個新的考慮方向。
參考文獻
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