基于ANSYS的齿轮运动学和静力学仿真分析.pdf

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1、·54·内燃机与配件基于ANSYS的齿轮运动学和静力学仿真分析①②黄如周；张伟雄（①珠海格力精密模具有限公司，珠海519070；②清远职业技术学院，清远511510）摘要：为了解决在注塑模的螺纹抽芯机构中齿轮的选用问题，详细阐述了利用ANSYS有限元分析软件对齿轮传动作运动学和静力学仿真分析，使得能够合理选用液压马达及优化齿轮的结构设计，从而提高齿轮的使用寿命。关键词：齿轮；ANSYS；仿真；螺纹抽芯机构；注塑模0引言表1产品塑件材料属性在注塑模的抽芯机构中常用齿轮传动结构进行抽芯，名称参数然而齿轮由于几何形状、载荷工况及材料力学性能的原因常常会发生失效。一般来说，齿轮的

2、失效通常都集中在轮齿部分，主要的失效形式有：轮齿折断、齿面磨损、齿面点弹性模量E（MPa）1340蚀、齿面胶合、齿面塑性变形等五种。圆柱齿轮主要有两种泊松比μ0.392弹性应变ε0.0124失效形式，即接触疲劳失效和弯曲疲劳失效。弯曲疲劳主要发生在齿根部，这是因为齿轮在载荷作用下，其根部所[1]产生的弯曲应力最大，且在齿根过渡圆角处有应力集中。图1产品塑件零件图同时，齿轮在转动过程中使轮齿重复受载，在交变应力反t为塑件的壁厚；复作用下，齿根处将产生疲劳裂纹，裂纹扩张导致轮齿弯[2]E为塑件在脱模温度下的弹性模量；曲疲劳折断。本文将以带有螺纹的塑料产品作为注塑模中抽芯结εt

3、为塑件的周向应变，即塑件的瞬时收缩率；构的分析依据，并运用ANSYS有限元分析软件通过对齿R1为塑件的内半径；轮静力学和运动学仿真分析[3]，可得到抽芯齿轮机构中主R2为塑件的外半径。动轮上的转矩大小，为液压马达的选择作出数据支撑。通第一段径向包紧力计算得：P1=3104.4N1.1.2第二段径向包紧力过静力学仿真分析，计算出齿面的接触应力和齿根的弯曲第二段为带有螺纹的圆筒环，其尺寸为：H=18mm；应力，从而可通过材料和结构的优化减小齿面接触应力和齿根弯曲应力。R1=31.5mm；R2=36mm；螺纹倾角为45°，简化模型为高度为H·cos45°圆筒环。1分析过程1.1

4、包紧力计算根据注塑模具中关于抽芯机构的原理，要将产品的螺采用经验公式：（2）纹部分从模具型芯中旋转脱出，则必须先考虑产品的包紧力，因此要先对其包紧力进行计算。此处采用经验公式来式中：μ为泊松比。[4]计算该产品的抱紧力，同时考虑到该产品的复杂程度，将第二段径向包紧力计算得：P2=10263.2N模型进行简化分成五个部分，分别如图1所示。材料属1.1.3第三段径向包紧力性如表1所示。第三段也视为圆筒环，其尺寸为：H=8.5mm；R1=1.1.1第一段径向包紧力29.44mm；R2=36mm；t=7mm；为厚壁圆筒，可以采用经验公第一段可以视为圆筒环，其尺寸为：H=8.5mm

5、；t=式（2），算出塑件对型芯产生的径向包紧力：P3=4899.1N3.5mm；R1=32.65mm；R2=36.15mm。厚径比为3.5/36.15<1.1.4第四段径向包紧力0.05，为薄壁圆筒。可以采用经验公式算出塑件对型芯产第四段为带有筋条的圆筒环，先不考虑筋条作用，其生的径向包紧力：尺寸为：H=31mm；R1=26.4mm；R2=30.5mm；t=3.75mm。而筋（1）条能增加接触面积，提高包紧力，但是筋条能减少成型变式中：H为塑件高度；形，故综合考虑，在厚壁圆筒包紧力的基础上乘以1.1，采————————————用经验公式算出塑件对型芯产生的径向包紧力：P4

6、=基金项目：本课题获广东清远职业技术学院2016年度精品在线10847.4N开放课程项目资助（JK16003）。1.1.5第五段径向包紧力作者简介：黄如周（1984-），男，广东汕头人，塑胶模具工程师，本第五段也就是底部收缩对型芯产生的径向包紧力，其科，主要研究方向为塑胶模具、3D打印；张伟雄经验公式为：（1986-），男，广东梅州人，讲师，在读硕士，主要研究P=2πRtEεt（/1-μ）（3）方向为机械工程、模具CAD/CAM。InternalCombustionEngine&Parts·55·式中：R为塑件的底半径；根据具体模型的工况情况、约束和载荷设置，齿轮均t为塑

7、件底部的壁厚。采用Revolute-Ground支撑，在3号齿轮和5号齿轮上施其底部尺寸可以初略测量为t=4.8mm；R=30.5mm；则加大小为328N·m的扭矩，在1号主动轮上施加25°的转底部收缩对型芯产生的径向包紧力为：P5=24714.1N角。通过运动学的仿真分析得出1号齿轮上的扭矩，以此考虑塑件是通过型芯转动来使塑件沿螺纹旋出，从而来选取液压马达的参数。经分析齿轮齿根处的折断为疲劳实现塑件从模具型芯中脱出。由于螺纹倾角为45°，则对折断，所以选择的是平稳运转工况下时1号齿轮的扭矩为其上部分塑件的脱模力FQ作用在螺纹