行星齿轮传动装置的有限元分析

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1、行星齿轮传动装置的有限元分析高伟淤GAOWei曰刘娟于LIUJuan(淤中煤科工集团太原研究院，太原030006;于山丙北方机械制造有限责任公司，太原030009)(淤TaiyuanResearchInstituteofChinaCoalTechnology&EngineeringGroup，Taiyuan030006,China；于ShanxiNorthMachine-BuildingCo.,Ltd.,Taiyuan030009,China)摘要：木文以行星齿轮传动装置为研究对象，以ANSYS软件

2、为操作平台，对其进行了建模，装配，有限元分析，并以太阳轮为例，得到齿轮啮合任意位置的载荷、应力、应变等关键性能参数，对齿轮进行优化设计提供了参考。Abstract:Inthispaper,theplanetarygearsastheresearchobject,ANSYSsoftwareastheoperatingplatformforitsmodeling,assembly,finiteelementanalysis,andthesunwheelistakenforexampletogetanywhere

3、anditprovidesareferenceperformanceparametersforoptimizingthedesignofgearsintheload,stress,strainandothercriticalgear.关键词：掘进机；行星齿轮传动装置；ANSYS；有限元分析Keywords:roadheader；planetarygears；ansys;finiteelementanalysis中图分类号院TH132.425文献标识码院A文章编号院1006-4311(2014)20-0039

4、-030引言行星齿轮传动装置具有结构紧凑、体积小、重量轻、工作平稳、传动比范围大、传动功率高的优点，因此在冶金、矿山、起重运输、汽车等领域得到了越来越广泛的应用。行星齿轮传动装置是掘进机的关键元部件，由于工作条件恶劣，工作载荷冲击大，允许空间小，外形尺寸和结构受到诸多限制，其可靠性直接关系到掘进机的使用寿命(如图1)。目前关于行星齿轮传动装置的计算并不完善，不能对齿轮整个啮合过程中的受载情况进行精确分析，为了保证可靠性，只能增加安全系数。近年来，有限元分析技术的迅速发展和完善，为行星齿轮传动装置的过程受载情

5、况应力分析提供了有力工具，具备准确地评估预测情况。基于此，本文以ANSYS软件为平台，对其进行有限元分析。1行星减速齿轮装置的实体建模尧装配尧参数化设置1.1实体建模掘进机的行星减速齿轮装置的结构复杂，在生成奋限元模型吋同样要对其模型进行简化。掘进机的行星减速齿轮装置可以看作是两对齿轮副的啮合传动外啮合齿轮副和内啮合齿轮副，所以在整体装置模型简化上,只选用一个同吋参与内外啮合的行星轮。利用ANSYS软件，分别进行各个零件的实体建模，并根据太阳轮、行星轮和内齿圈的材料不冋，在建立奋限元模型吋，分别定义它们的弹

6、性模量、泊松比等。实体建模完成后，进行装配。图2为最后装配完成的掘进机行星减速齿轮装置简化的参数化模型。1.2奋限元网格划分为了提高计算机运行效率，在不影响运算结果的条件下，合理的简化模型很有必要。按照ANSYS软件网格划分的形式，对太阳轮、行星轮和齿圈分别进行网格划分。图3是行星减速齿轮装置简化后的划分网格情况。体而言，太阳轮、行星轮以及内齿圈三者齿面接触部位的网格粗细程度比较接近，沿齿轮纵向的按照扫掠划分的网格数量也比较一致。划分后的网格数量和节点数如表1所示。1.3行星减速齿轮装置的约束设置行星减速齿

7、轮装置设定如下约束设置：太阳轮、行星轮以及内齿圈进行刚性耦合；对太阳轮和行星轮而言，以齿轮的旋转中心和齿轮的内表面建立耦合关系，从而形成内部刚性区；对齿圈而言,以齿圈的旋转中心和齿圈的外表面建立耦合关系，从而形成外部刚性区。整个刚性区具有相同的旋转自由度，将转矩或者转速施加在齿轮的内部旋转中心上，通过刚性区将转速或者转矩传递到整个齿轮上。将转速施加在太阳轮上，转矩施加齿圈上，太阳轮、行星轮和齿圈围绕各自的旋转中心进行转动。本文以太阳轮进行有限元分析，行星轮和齿圈与太阳轮分析方法相同。2行星减速齿轮装置的分析

8、结果及处理2.1变形以及总体位移图4表明了行星减速齿轮装置太阳轮逆吋针旋转，行星轮顺吋针旋转，齿圈瞬吋针转动定吋的总体位移情况。2.2动力学的齿面接触应力由于太阳轮、行星轮和齿圈的材料不同，模型中存在两个接触疲劳强度最劣啮合位置，分别为太阳轮和行星轮齿面喃合接触处，齿圈和行星轮齿面啮合接触处齿轮接触处呈线接触，齿轮的实际接触区域是一条接触带，而并非完全的线接触。当太阳轮和行星轮处于最劣接触位置吋，齿轮由两齿啮合区