基于ANSYS的齒輪運動學(xué)和靜力學(xué)仿真分析.pdf

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1、·54·內(nèi)燃機與配件基于ANSYS的齒輪運動學(xué)和靜力學(xué)仿真分析①②黃如周；張偉雄（①珠海格力精密模具有限公司，珠海519070；②清遠職業(yè)技術(shù)學(xué)院，清遠511510）摘要：為了解決在注塑模的螺紋抽芯機構(gòu)中齒輪的選用問題，詳細闡述了利用ANSYS有限元分析軟件對齒輪傳動作運動學(xué)和靜力學(xué)仿真分析，使得能夠合理選用液壓馬達及優(yōu)化齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計，從而提高齒輪的使用壽命。關(guān)鍵詞：齒輪；ANSYS；仿真；螺紋抽芯機構(gòu)；注塑模0引言表1產(chǎn)品塑件材料屬性在注塑模的抽芯機構(gòu)中常用齒輪傳動結(jié)構(gòu)進行抽芯，名稱參數(shù)然而齒輪由于幾何形狀、載荷工況及材料力學(xué)性能的原因常常會發(fā)生失效。一般來說，齒輪的

2、失效通常都集中在輪齒部分，主要的失效形式有：輪齒折斷、齒面磨損、齒面點彈性模量E（MPa）1340蝕、齒面膠合、齒面塑性變形等五種。圓柱齒輪主要有兩種泊松比μ0.392彈性應(yīng)變ε0.0124失效形式，即接觸疲勞失效和彎曲疲勞失效。彎曲疲勞主要發(fā)生在齒根部，這是因為齒輪在載荷作用下，其根部所[1]產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力最大，且在齒根過渡圓角處有應(yīng)力集中。圖1產(chǎn)品塑件零件圖同時，齒輪在轉(zhuǎn)動過程中使輪齒重復(fù)受載，在交變應(yīng)力反t為塑件的壁厚；復(fù)作用下，齒根處將產(chǎn)生疲勞裂紋，裂紋擴張導(dǎo)致輪齒彎[2]E為塑件在脫模溫度下的彈性模量；曲疲勞折斷。本文將以帶有螺紋的塑料產(chǎn)品作為注塑模中抽芯結(jié)εt

3、為塑件的周向應(yīng)變，即塑件的瞬時收縮率；構(gòu)的分析依據(jù)，并運用ANSYS有限元分析軟件通過對齒R1為塑件的內(nèi)半徑；輪靜力學(xué)和運動學(xué)仿真分析[3]，可得到抽芯齒輪機構(gòu)中主R2為塑件的外半徑。動輪上的轉(zhuǎn)矩大小，為液壓馬達的選擇作出數(shù)據(jù)支撐。通第一段徑向包緊力計算得：P1=3104.4N1.1.2第二段徑向包緊力過靜力學(xué)仿真分析，計算出齒面的接觸應(yīng)力和齒根的彎曲第二段為帶有螺紋的圓筒環(huán)，其尺寸為：H=18mm；應(yīng)力，從而可通過材料和結(jié)構(gòu)的優(yōu)化減小齒面接觸應(yīng)力和齒根彎曲應(yīng)力。R1=31.5mm；R2=36mm；螺紋傾角為45°，簡化模型為高度為H·cos45°圓筒環(huán)。1分析過程1.1

4、包緊力計算根據(jù)注塑模具中關(guān)于抽芯機構(gòu)的原理，要將產(chǎn)品的螺采用經(jīng)驗公式：（2）紋部分從模具型芯中旋轉(zhuǎn)脫出，則必須先考慮產(chǎn)品的包緊力，因此要先對其包緊力進行計算。此處采用經(jīng)驗公式來式中：μ為泊松比。[4]計算該產(chǎn)品的抱緊力，同時考慮到該產(chǎn)品的復(fù)雜程度，將第二段徑向包緊力計算得：P2=10263.2N模型進行簡化分成五個部分，分別如圖1所示。材料屬1.1.3第三段徑向包緊力性如表1所示。第三段也視為圓筒環(huán)，其尺寸為：H=8.5mm；R1=1.1.1第一段徑向包緊力29.44mm；R2=36mm；t=7mm；為厚壁圓筒，可以采用經(jīng)驗公第一段可以視為圓筒環(huán)，其尺寸為：H=8.5mm

5、；t=式（2），算出塑件對型芯產(chǎn)生的徑向包緊力：P3=4899.1N3.5mm；R1=32.65mm；R2=36.15mm。厚徑比為3.5/36.15<1.1.4第四段徑向包緊力0.05，為薄壁圓筒。可以采用經(jīng)驗公式算出塑件對型芯產(chǎn)第四段為帶有筋條的圓筒環(huán)，先不考慮筋條作用，其生的徑向包緊力：尺寸為：H=31mm；R1=26.4mm；R2=30.5mm；t=3.75mm。而筋（1）條能增加接觸面積，提高包緊力，但是筋條能減少成型變式中：H為塑件高度；形，故綜合考慮，在厚壁圓筒包緊力的基礎(chǔ)上乘以1.1，采————————————用經(jīng)驗公式算出塑件對型芯產(chǎn)生的徑向包緊力：P4

6、=基金項目：本課題獲廣東清遠職業(yè)技術(shù)學(xué)院2016年度精品在線10847.4N開放課程項目資助（JK16003）。1.1.5第五段徑向包緊力作者簡介：黃如周（1984-），男，廣東汕頭人，塑膠模具工程師，本第五段也就是底部收縮對型芯產(chǎn)生的徑向包緊力，其科，主要研究方向為塑膠模具、3D打??；張偉雄經(jīng)驗公式為：（1986-），男，廣東梅州人，講師，在讀碩士，主要研究P=2πRtEεt（/1-μ）（3）方向為機械工程、模具CAD/CAM。InternalCombustionEngine&Parts·55·式中：R為塑件的底半徑；根據(jù)具體模型的工況情況、約束和載荷設(shè)置，齒輪均t為塑

7、件底部的壁厚。采用Revolute-Ground支撐，在3號齒輪和5號齒輪上施其底部尺寸可以初略測量為t=4.8mm；R=30.5mm；則加大小為328N·m的扭矩，在1號主動輪上施加25°的轉(zhuǎn)底部收縮對型芯產(chǎn)生的徑向包緊力為：P5=24714.1N角。通過運動學(xué)的仿真分析得出1號齒輪上的扭矩，以此考慮塑件是通過型芯轉(zhuǎn)動來使塑件沿螺紋旋出，從而來選取液壓馬達的參數(shù)。經(jīng)分析齒輪齒根處的折斷為疲勞實現(xiàn)塑件從模具型芯中脫出。由于螺紋傾角為45°，則對折斷，所以選擇的是平穩(wěn)運轉(zhuǎn)工況下時1號齒輪的扭矩為其上部分塑件的脫模力FQ作用在螺紋