低速重载下齿根弯曲强度有限元分析.pdfVIP

学兔兔 第 3期(总第 190期) 机 械 工 程 与 自动 化 No．3 2015年 06月 MECHANICAL ENGINEERING ＆ AUTOMAT10N Jun． 文章编号 ：1672—6413(2015)03—0101—02 低速重载下齿根弯 曲强度有限元分析 张金泉 (镇江市江南矿 山机 电设备有限公司，江苏 镇江 212009) 摘要 ：节能型起重永磁铁转轴采用齿轮齿条传动，考虑到其在低速重载工况下的主要失效形式为轮齿 的折 断，因此建立齿轮的三维有限元模 型，并采用经典有限元软件 ANSYS对其进行齿根弯 曲强度 的有限元分 析 ，获得 了轮齿啮合过程 中不 同时刻的最大弯 曲应力与变形值 。仿真结果表 明：单个轮齿 的齿根弯 曲应力值 与变形值 随着啮合过程基本呈抛物线规律变化 ，其 中在接近齿顶部位啮合 时齿根弯曲应力最大。 关键词 ：齿轮；有限元分析 ；齿根弯曲强度 中图分类 号 ：TP391．7：TH132．41 文献标 识码 ：A 0 引言 设 ：①在计算时，齿轮齿条啮合时的重合度取为 2，即 镇江市江南矿 山机 电设备公司 自行研制的新型节 在任意时刻认为齿轮与齿条都有两对齿参与啮合 ；② 能型起重永磁铁采用齿轮齿条传动 ，其 中齿条带动直 在进行有限元分析时 ，轮齿所受载荷为均布载荷 ，且两 齿 圆柱齿轮 ，直齿 圆柱齿轮与转轴轴颈采用普通平键 齿所受载荷大小相等 。 连接 ，从而实现转轴 的转动，转轴 的驱动转矩约为 齿轮参数见表 1，齿轮齿条 的三维模型如 图 1所 3000Nm。起重永磁铁频繁地 吸放钢板，转轴需要作 示 。采用三维绘 图软件 SolidWorks进行建模 。为便 间歇性的正反转来完成 ，且转轴转速很低 ，约 3r／min。 于 ANSYS的求解分析 ，特简化模型 ，选取 啮合过程 的 针对这种低速重载的工况 ，齿轮齿条的主要失效形式 3齿来计算 ，其有限元模型如图2所示。 为轮齿折断 。国内对齿轮齿根弯 曲应力问题开展 了较 表 1 齿轮参数 多的研究，如武汉理工大学的黄海等[】]对点线啮合齿 齿数 20 模数 m(mm) 5 压力角 a(。) 2O 齿宽 6(mm) 5O 轮齿根弯曲应力进行研究，并修正 了齿轮 的齿根弯曲 齿顶高系数h 1 顶 隙系数 h， O．25 应力计算公式 ；南京航空航天大学的靳广虎 对圆柱 齿根圆角半径 ra(mm) 1 材料 40Cr 齿轮进行了有限元分析 ，研究 了在齿顶受载时轮齿的 2 齿根弯曲强度的仿真及结果分析 应力分布规律 ；北京科技大学的李宁等I3]对对称与非 采用有限元分析软件 ANSYS对齿轮的齿根弯曲 对称齿轮齿根弯 曲应力进行 了ANSYS有 限元分析 ， 应力及变形值进行求解。选取单元类型为 SOLID187， 研究表明在相同参数条件下 ，非对称齿轮在正反转过 齿轮材料的弹性模 量为 E一206000N／mm。，泊松 比 程中，其齿根弯 曲强度优于对称标准齿轮 ；吉林大学的 为 0．28，许用弯曲应力