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“铁牛60”半轴齿轮应力与变形的有限元分析

添加人:admin 发布时间:2018-4-2 8:52:10 来源:本网


  齿轮是机构中最普遍,同时也是最重要的零件之一。由于其形状比较复杂,用传统的计算方法不能确定其真实的应力及变形分布规律,因此从弹性力学出发,用现代设计方法研究齿轮的受载情况,具有广泛的用途,它可以提高整个齿轮机构的设计水平。
  本文用数值分析软件ANSYS,对天津拖拉机厂产品中某半轴齿轮的从动轮进行应力及变形分析。该齿轮以前采用45钢制造,若能改为球墨铸铁材料,将会产生明显的经济效益。为此目的,我们给出了有限元计算的力学模型,根据ANSYS程序计算出齿轮的齿面接触应力和齿根弯曲应力,还绘制了齿轮应力分布图和变形图,为半轴齿轮改材提供了依据。
  2建立有限元分析模型2.1齿轮几何尺寸和材料特性=72,模数m=6.5mm,变位系数x=0.27齿顶高系数h/=0.8,顶隙系数CX'=0齿宽b=50mm,全齿高h=11.7mm,压力角a=20°。目前厂方选择球墨铸铁QT600― 3作为齿轮要改材的材料。球铁的参数为:弹性模量E= 157GPa泊松比卜=0.27,屈服极限s 2.2计算模型的选取司的AutoCAD软件,可以把用AutoCAD建立的模型输入到ANSYS程序中进行分析。所以,本文首先用AutoCAD建立起齿轮的齿形图,将图形用Iges格式导出,然后利用ANSYS的导入功能,把齿形图导入ANSYS中,再对图形进行拓扑修理和几何修理,完成建模工作。考虑到一个齿上的载荷所引起的变形传递范围有限,我们分别取出3个齿和5个齿进行分析,经过对比,发现这两种方案算得受载轮齿的齿根应力差别很小;又对3个齿加厚与未加厚进行比较,差别也很小,最后采用3个齿未加厚模型进行分析计算。如所示:根据半轴齿轮的主动轮上传递的扭矩,计算出作用在半轴从动轮上的载荷:计算齿根弯曲应力和齿面接触应力时,载荷施加的位置是不同的,现分述如下::1999-10 1.玲1((964女<天津c理工I学院讲lectronie 2.3.1确定计算齿根弯曲应力时载荷的作用位置轮齿在受载时,所受弯矩最大,因此齿根处弯曲疲劳强度最弱。当轮齿在齿顶处啮合时,处于两齿啮合区,虽然力臂最大,但力并不是最大。因此应找出单齿啮合的最高点来算齿根的弯曲应力。根据齿轮啮合的重合度= 1.27,由AutoCAD确定出单齿啮合的最高点。如所示的d点。
  单齿啮合最高点A 2.3.2确定计算齿面接触应力时载荷的作用位置由可知,渐开线齿廓上各点的曲率是不相同的,沿工作齿廓各点所受载荷也不一样,又由于点蚀失效一般先发生在节点靠近齿根处,故用节点处啮合进行接触应力计算。若在节点处加集中力,在力的作用点附近区域应力很大,并不能反映实际工作情况。因此,我们根据弹性力学赫兹公式,算得材料弹性变形后的接触宽度2S=0.64mm.如,把载荷加在bX2S的接触面上。为便于,这里给出赫兹公式:1P-2主从动轮材料的泊松比;EhE2主从动轮弹性模量(MPa)PE综合曲率半径。
  2.4划分单元对己建立的计算模型,采用四边形8节点单元,先用智能方法对模型进行粗略划分,之后在节点附近和齿根部进行局部细分,参见附。按照平面应力进行齿根弯曲应力的计算,共分2873个单元,8 890个节点;按照平面应变对齿面接触应力进行计算,共分1 898个单元,5915个节点。
  2.5约束条件1由于齿轮直径很大作1用在轮齿上的e载荷Ai在齿3计算结果分析3.1验算齿轮中面上的应力作为校核,根据材料力学的方法,计算出齿顶到齿根中间平面DE的应力,在这里材料力学公式尚能近似使用,DE面D点处的拉应力=54.237MPaE点处的压应力ay=93.87MPa如所示,依据ANSYS计算得町£=100.72MPa.通过以上两种计算方法的比较,说明用ANSYS计算的过程无技术性错误。
  附某载荷步的应力图将载荷作用在单齿啮合的最高点,并按平面应力弹性状态计算出齿根弯曲应力,然后再算出轮齿左右两侧危险点的Mises应力得:―3的屈服极限,说明有塑性变形。此时再用许用应力方法进行设计,显然是不行了。为了给厂方提供更详细的数据,我们又改用极限载荷方法进行设计:首先利用塑性力学计算出齿根危险截面,完全进入塑性变形时的极限载荷F= 103701N,再通过弹、塑性数值分析方法,计算出危险截面完全进入塑性变形时的极限载表1 1500m3级钟式高炉料钟操纵机构参数足AB杆处于上限位置时钟、斗同心的要求;第4组参数为我国一些炼铁厂未经优化设计取用的料钟操纵机构杆件参数,不仅§乒,且IWmax、/(x)值较大,还由下文知其料钟吊挂点运动轨迹形态极差,不能很好地满足此机构使用要求。
  表中4组参数得到的料钟吊挂点E的运动轨迹分别如中a、b、c、d所示,显见第1、2组参数对应的料钟吊挂点运动轨迹a、b形态较好,相对于高炉中心线的左、右偏摆量比较均衡,有利于料钟下降后均匀落料入炉;未进行优化设计时的第4组参数对应的料钟吊挂点运动轨迹形态最差,上、下位置时各偏向高炉中心线一侧,极易使炉料偏集于炉内用。
  当优化设计搜索到接近最优点时,参数t、L、Y对料钟吊挂点左、右偏摆量影响如下:保持L、Y值不变,改变t值对Hmax影响不大,大t值可使略微大,I备Imax略微减小;减小t值情况相反。保持t、Y)值不变,大L值会使备综上所述,依本文所述内容对高炉料钟操纵机构进行优化设计可得到能较好满足生产工艺要求的结果。此类机构不进行优化设计是难以满足生产工艺要求的;某些1介绍此类机构优化设计内容似欠全面,未能满足生产工艺应有的全部要求,值得商榷。

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