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“鐵牛60”半軸齒輪應力與變形的有限元分析

添加人:admin 發布時間:2018-4-2 8:52:10 來源:本網


  齒輪是機構中最普遍,同時也是最重要的零件之一。由于其形狀比較復雜,用傳統的計算方法不能確定其真實的應力及變形分布規律,因此從彈性力學出發,用現代設計方法研究齒輪的受載情況,具有廣泛的用途,它可以提高整個齒輪機構的設計水平。
  本文用數值分析軟件ANSYS,對天津拖拉機廠產品中某半軸齒輪的從動輪進行應力及變形分析。該齒輪以前采用45鋼制造,若能改為球墨鑄鐵材料,將會產生明顯的經濟效益。為此目的,我們給出了有限元計算的力學模型,根據ANSYS程序計算出齒輪的齒面接觸應力和齒根彎曲應力,還繪制了齒輪應力分布圖和變形圖,為半軸齒輪改材提供了依據。
  2建立有限元分析模型2.1齒輪幾何尺寸和材料特性=72,模數m=6.5mm,變位系數x=0.27齒頂高系數h/=0.8,頂隙系數CX'=0齒寬b=50mm,全齒高h=11.7mm,壓力角a=20°。目前廠方選擇球墨鑄鐵QT600― 3作為齒輪要改材的材料。球鐵的參數為:彈性模量E= 157GPa泊松比卜=0.27,屈服極限s 2.2計算模型的選取司的AutoCAD軟件,可以把用AutoCAD建立的模型輸入到ANSYS程序中進行分析。所以,本文首先用AutoCAD建立起齒輪的齒形圖,將圖形用Iges格式導出,然后利用ANSYS的導入功能,把齒形圖導入ANSYS中,再對圖形進行拓撲修理和幾何修理,完成建模工作。考慮到一個齒上的載荷所引起的變形傳遞范圍有限,我們分別取出3個齒和5個齒進行分析,經過對比,發現這兩種方案算得受載輪齒的齒根應力差別很小;又對3個齒加厚與未加厚進行比較,差別也很小,最后采用3個齒未加厚模型進行分析計算。如所示:根據半軸齒輪的主動輪上傳遞的扭矩,計算出作用在半軸從動輪上的載荷:計算齒根彎曲應力和齒面接觸應力時,載荷施加的位置是不同的,現分述如下::1999-10 1.玲1((964女<天津c理工I學院講lectronie 2.3.1確定計算齒根彎曲應力時載荷的作用位置輪齒在受載時,所受彎矩最大,因此齒根處彎曲疲勞強度最弱。當輪齒在齒頂處嚙合時,處于兩齒嚙合區,雖然力臂最大,但力并不是最大。因此應找出單齒嚙合的最高點來算齒根的彎曲應力。根據齒輪嚙合的重合度= 1.27,由AutoCAD確定出單齒嚙合的最高點。如所示的d點。
  單齒嚙合最高點A 2.3.2確定計算齒面接觸應力時載荷的作用位置由可知,漸開線齒廓上各點的曲率是不相同的,沿工作齒廓各點所受載荷也不一樣,又由于點蝕失效一般先發生在節點靠近齒根處,故用節點處嚙合進行接觸應力計算。若在節點處加集中力,在力的作用點附近區域應力很大,并不能反映實際工作情況。因此,我們根據彈性力學赫茲公式,算得材料彈性變形后的接觸寬度2S=0.64mm.如,把載荷加在bX2S的接觸面上。為便于,這里給出赫茲公式:1P-2主從動輪材料的泊松比;EhE2主從動輪彈性模量(MPa)PE綜合曲率半徑。
  2.4劃分單元對己建立的計算模型,采用四邊形8節點單元,先用智能方法對模型進行粗略劃分,之后在節點附近和齒根部進行局部細分,參見附。按照平面應力進行齒根彎曲應力的計算,共分2873個單元,8 890個節點;按照平面應變對齒面接觸應力進行計算,共分1 898個單元,5915個節點。
  2.5約束條件1由于齒輪直徑很大作1用在輪齒上的e載荷Ai在齒3計算結果分析3.1驗算齒輪中面上的應力作為校核,根據材料力學的方法,計算出齒頂到齒根中間平面DE的應力,在這里材料力學公式尚能近似使用,DE面D點處的拉應力=54.237MPaE點處的壓應力ay=93.87MPa如所示,依據ANSYS計算得町£=100.72MPa.通過以上兩種計算方法的比較,說明用ANSYS計算的過程無技術性錯誤。
  附某載荷步的應力圖將載荷作用在單齒嚙合的最高點,并按平面應力彈性狀態計算出齒根彎曲應力,然后再算出輪齒左右兩側危險點的Mises應力得:―3的屈服極限,說明有塑性變形。此時再用許用應力方法進行設計,顯然是不行了。為了給廠方提供更詳細的數據,我們又改用極限載荷方法進行設計:首先利用塑性力學計算出齒根危險截面,完全進入塑性變形時的極限載荷F= 103701N,再通過彈、塑性數值分析方法,計算出危險截面完全進入塑性變形時的極限載表1 1500m3級鐘式高爐料鐘操縱機構參數足AB桿處于上限位置時鐘、斗同心的要求;第4組參數為我國一些煉鐵廠未經優化設計取用的料鐘操縱機構桿件參數,不僅§乒,且IWmax、/(x)值較大,還由下文知其料鐘吊掛點運動軌跡形態極差,不能很好地滿足此機構使用要求。
  表中4組參數得到的料鐘吊掛點E的運動軌跡分別如中a、b、c、d所示,顯見第1、2組參數對應的料鐘吊掛點運動軌跡a、b形態較好,相對于高爐中心線的左、右偏擺量比較均衡,有利于料鐘下降后均勻落料入爐;未進行優化設計時的第4組參數對應的料鐘吊掛點運動軌跡形態最差,上、下位置時各偏向高爐中心線一側,極易使爐料偏集于爐內用。
  當優化設計搜索到接近最優點時,參數t、L、Y對料鐘吊掛點左、右偏擺量影響如下:保持L、Y值不變,改變t值對Hmax影響不大,大t值可使略微大,I備Imax略微減小;減小t值情況相反。保持t、Y)值不變,大L值會使備綜上所述,依本文所述內容對高爐料鐘操縱機構進行優化設計可得到能較好滿足生產工藝要求的結果。此類機構不進行優化設計是難以滿足生產工藝要求的;某些1介紹此類機構優化設計內容似欠全面,未能滿足生產工藝應有的全部要求,值得商榷。

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