基于ansys的滲碳齒輪動(dòng)力學(xué)分析

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1、基于ANSYS的滲碳齒輪動(dòng)力學(xué)分析摘要：本文以滲碳齒輪為研究對(duì)象，針對(duì)傳統(tǒng)計(jì)算無(wú)應(yīng)力分布等情況，以Ansys軟件為平臺(tái)，對(duì)其進(jìn)行了有限元建模，動(dòng)力學(xué)分析，其結(jié)果對(duì)齒輪提高可靠性提供了理論基礎(chǔ)，對(duì)保證安全生產(chǎn)有十分重要的意義。Abstract：Settingcarburizedgearastheresearchobject，consideringthetraditionalcomputingthestressdistribution，andbasedonANSYSsoftwareplatform，thi

2、spaperdoesthefiniteelementmodelinganddynamicanalysis，theresultprovidesatheoreticalbasistoimprovereliabilityofgear，whichisofgreatsignificancetoensurethesafetyofproduction.關(guān)鍵詞：掘進(jìn)機(jī)；齒輪；ANSYS；動(dòng)力學(xué)分析Keywords：roadheader；carburizedgears；ANSYS；dynamicsanalysis中圖分

3、類號(hào)：TH132.41文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1006-4311（2014）19-0030-020引言5減速器應(yīng)用非常廣泛，具有傳動(dòng)準(zhǔn)確、傳動(dòng)平穩(wěn)和傳動(dòng)高效等優(yōu)點(diǎn)，是一種不可或缺的機(jī)械傳動(dòng)裝置，其在掘進(jìn)機(jī)工作過(guò)程中承擔(dān)重要任務(wù)，減速器運(yùn)行的穩(wěn)定性、可靠性和安全性直接關(guān)系到掘進(jìn)機(jī)的工作性能。齒輪是減速器的主要機(jī)械零部件，一旦突然失效，將嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率，造成極大的經(jīng)濟(jì)損失，甚至導(dǎo)致災(zāi)難性后果。掘進(jìn)機(jī)的齒輪材料基本采用優(yōu)質(zhì)低碳合金鋼，經(jīng)過(guò)滲碳等一系列熱處理提高綜合機(jī)械性能，但是目前仍然沒(méi)有精確的滲碳齒輪的

4、設(shè)計(jì)公式以及應(yīng)力分布情況計(jì)算。近年來(lái)，基于ANSYS的有限元技術(shù)的迅速發(fā)展和完善，為齒輪的應(yīng)力分析與預(yù)測(cè)提供了有力工具，可以準(zhǔn)確地評(píng)估預(yù)測(cè)滲碳齒輪的應(yīng)力分布情況。1基于ANSYS的齒輪有限元建模ANSYS有限元法處理問(wèn)題的基本特點(diǎn)就是離散化處理，它是把研究的對(duì)象，劃分成有限數(shù)量、有限大小的單元組合體，以便用統(tǒng)一的模式進(jìn)行分析處理，有限元建模的總則是根據(jù)工程分析的精度要求，建立合適的、能模擬實(shí)際結(jié)構(gòu)的有限元模型。滲碳齒輪與普通齒輪的區(qū)別是滲碳齒輪有一層滲碳層，進(jìn)行有限元分析時(shí)需要分別定義滲碳層和非滲碳層

5、的參數(shù)。滲碳齒輪滲碳層的有效硬化層深度是個(gè)很重要的參數(shù)，對(duì)滲碳齒輪進(jìn)行有限元仿真分析時(shí)，要以有效硬化層的深度為依據(jù)進(jìn)行分析。5滲碳齒輪的嚙合具有重復(fù)性，為了提高計(jì)算效率，選取嚙合的部分輪齒進(jìn)行仿真分析。根據(jù)滲碳齒輪的實(shí)際情況，把滲碳齒輪分成三部分進(jìn)行處理，如圖1所示。①剛性區(qū)：滲碳齒輪內(nèi)部結(jié)構(gòu)的應(yīng)力對(duì)全局的影響非常小，把滲碳齒輪內(nèi)部簡(jiǎn)化為剛體進(jìn)行處理；②滲碳層區(qū)：為了便于分析，滲碳層進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化，以實(shí)際的有效滲碳層為基準(zhǔn)，假定滲碳齒輪各處的滲碳層厚度保持一致；③中間區(qū)：中間區(qū)介于滲碳層與內(nèi)部剛性區(qū)之

6、間。以一對(duì)圓柱直齒輪建立滲碳層，假定圓柱直齒輪的滲碳層分為兩層，由于兩層滲碳層的彈性模量不一樣，中間區(qū)滲碳層的彈性模量也不一樣，因此對(duì)滲碳層中的兩層和中間區(qū)分別定義材料屬性，進(jìn)行面網(wǎng)格的劃分，如圖2所示。對(duì)面網(wǎng)格進(jìn)行拉伸生成單個(gè)齒的體網(wǎng)格，最后陣列生成整個(gè)主動(dòng)輪的網(wǎng)格，最后采用同樣的方法做出從動(dòng)輪，完成兩個(gè)齒輪的裝配，如圖3所示。2滲碳齒輪副的動(dòng)力學(xué)分析5滲碳齒輪的動(dòng)力學(xué)分析不同之處滲碳層區(qū)和中間區(qū)材料的屬性分別進(jìn)行單獨(dú)定義。滲碳齒輪的滲碳層區(qū)與非滲碳層區(qū)由于材料不一樣，進(jìn)行有限元仿真分析時(shí)，通過(guò)剛性

7、耦合處理將兩者耦合為一個(gè)實(shí)體，通過(guò)耦合以后可以分別定義滲碳層區(qū)和中間區(qū)的材料屬性。合理設(shè)置關(guān)鍵字，設(shè)置線性斜坡加載及階躍加載載荷步。通過(guò)線性插值分別定義其對(duì)應(yīng)的材料屬性，建立滲碳齒輪的總體網(wǎng)格如圖4所示，劃分的單元總數(shù)為231539，節(jié)點(diǎn)總數(shù)為256036，從圖4中可以看出滲碳齒輪的滲碳區(qū)和中間區(qū)呈現(xiàn)不同的材料屬性。滲碳斜齒輪的結(jié)果：①變形和總體位移：圖5是主動(dòng)輪逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，從動(dòng)輪順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的滲碳齒輪的整體變形情況。②動(dòng)力學(xué)的齒面接觸應(yīng)力分析如圖6所示，齒輪副的最劣接觸位置，發(fā)生時(shí)刻在0.00355

8、5s，此時(shí)滲碳齒輪由三齒嚙合區(qū)域進(jìn)入兩齒嚙合區(qū)域，綜合嚙合剛度發(fā)生突變，此時(shí)齒面的接觸應(yīng)力最大為560.156MPa。最大接觸應(yīng)力處于滲碳齒輪的滲碳層區(qū)。③動(dòng)力學(xué)的齒根彎曲應(yīng)力如兩圖7，圖8所示，在0.006488S時(shí)，主動(dòng)輪齒根處于最劣嚙合位置，最大齒根彎曲應(yīng)力為128.061MPa；在0.006084S時(shí)，從動(dòng)輪齒根處于最劣嚙合位置，最大齒根彎曲應(yīng)力為155.042MPa。滲碳齒輪的齒根彎曲應(yīng)力最大值位于滲碳齒輪的滲碳層區(qū)域。3結(jié)語(yǔ)5本文采用ANSY