基于ABAQUS的轴承_齿轮系统静力学分析 .pdfVIP

1.山东大学机械工程学院，山东济南250000；2.山东丝绸纺织职业学院，山东淄博255300）

摘要：文章利用ABAQUS建立了轴承—齿轮系统的静态有限元模型，通过该模型的

应力分布云图和位移分布云图，提出了一些优化改进轴承—齿轮系统结构的方案和措施。

关键词：轴承—齿轮系统；ABAQUS；有限元法

中图分类号：TN957.2文献标识码：A文章编号：1000－8136（2010）27－0013－02

现代战争对雷达的性能要求越来越高，轴承—齿轮系统作

为雷达的关键基础构件对其性能有重要影响。这就要求人们采

用现代设计方法对雷达的关键基础构件进行设计，通过有限元

方法，设计人员可以综合考虑影响齿轮系统动态特性的各种因

素，在产品的设计阶段就对产品的性能和存在的问题一目了然，

从而为产品改进设计提供了有效的技术途径，并大大减少了物

理样机试制的时间和研制经费的投入，提高了设计效率。

1研究方法及理论依据

轴承—齿轮系统作为天线运动的载体，以底座为基础，

图2轴承—齿轮系统整体结构的有限元模型

包括横滚、俯仰和方位三个互相垂直的旋转运动，工作原理

3载荷处理

见图1。横滚转动为第一级运动，俯仰转动为第二级运动，方

位转动为第三级运动。天线安装在方位部分的天线托架上，随由于静态分析的特殊性，在静态分析时不用考虑齿轮的啮

着方位部分一起转动。方位部分的运动是主要运动，带动天线合，轴承的内外圈的关系，所以在静态分析时就不考虑齿轮的

以一定的转速进行扫描，横滚部分和俯仰部分的运动只用来调啮合时轮齿的啮合问题，轴承的内圈和外圈与其他相连结构通

整扫描的区域范围。系统通过对电机进行合理的控制，使轴承过实体单元连为一体。

—齿轮系统的三个轴以一定的转速转动或转到某个角度。在3建立如下坐标系：原点位于底座平面与圆筒轴线的交点，

个轴的运动合成下，天线可完成对一定区域的扫描。X轴沿轴线方向，Y轴位于底座平面内且指向底座缺口，Z轴

满足右手定则。在该轴承—齿轮系统的静力学分析中分别施加

x，y，z3个方向大小为1g的加速度来分析，每一个方向对应

一种工况。约束加在3个螺栓上，约束其x，y，z3个方向的

平动自由度。

4结果与分析

在ABAQUS上计算了该有限元模型的应力与位移，模拟了

3种工况。见图3、图4、图5。

图1轴承—齿轮系统工作原理图

轴承—齿轮系统的每一级运动都由一个独立的伺服电机驱

动。伺服电机经过两级齿轮减速，最后输出到轴承—齿轮系统

图3在x方向载入时筋图4在y方向载入时筋

的每一个轴上。在横滚的传动中，电机和减速部分固定不动，板上的应力云图板上的应力云图

只有横滚转体转动；而在俯仰和方位的传动中，伺服电机和减

速部分跟着转体一起绕轴转动。

2轴承—齿轮系统有限元模型建立

该有限元模型以六面体单元、四边形壳单元为主，还有少

部分的连接单元、弹簧阻尼单元、刚性单元。利用Hypermesh

统计该模型有111850个单元，132053个节点。

轴承—齿轮系统的整体结构的网格划