节能设备中齿轮变速箱的有限元分析

周 攀 肖 瑶 陈 龙 李 可 周莎莎广东环境保护工程职业学院

节能设备中齿轮变速箱的有限元分析

周 攀 肖 瑶 陈 龙 李 可 周莎莎
广东环境保护工程职业学院

周攀，男，工学硕士，工程师，研究方向：节能技术、智能材料与结构健康监测、节能设备故障诊断。

在工程领域的长期应用实践，有限元法在工程领域的仿真应用解决了很多工程实际问题，推动了工业技术进步。有限元法最主要的应用是结构优化，如结构形状的最优化，振动和结构强度的分析等。本论文通过对行星减速器的设计建模然后应用软件进行结构的有限元分析，然后对主要的零部件如齿轮应用有限元分析软件COSMOSWorks进行了有限元分析，对其在不同的载荷及约束的条件以及不同的材料下，其应力、位移、应变等进行了研究，有实验的结果图片得出了相关的结果达到了预期的目的。

减速器的总体设计

减速器的结构

减速器主要由齿轮（或蜗杆涡轮）、轴、轴承及箱体四部分组成。箱体是传动的基座，应保证传动轴线相互位置的正确性，故轴承孔必须精确加工。箱体本身必须有足够的刚度，以免箱体在内力及外力作用下产生过大的变形。

行星齿轮减速器的结构及工作原理

行星齿轮传动设备具有体积小、重量轻和承载能力高的优点，主要原因之一是利用了几个行星轮分担行星减速器的总载荷，从而使得总功率进行了分流。为了解决上述问题，在行星齿轮结构设计上要采用均载机构。这样，就可以降低载荷不均匀系数，从而提高设备的承载能力和平稳性。弹性件的均载机构。其基本原理是通过弹性元件的弹性变形补偿制造、安装误差，以使各行星轮均匀分担载荷。例如采用薄壁内齿轮，靠齿轮薄壁的弹性变形达到均载的目的。

行星齿轮减速器的设计步骤

根据齿轮变速箱设计的一般方法，根据载荷的大小、转速、输入功率来确定齿轮的模数、直径、材料、齿宽等相关参数，然后进行强度校核。首先根据原始数据如：电机功率、输入转速、输出转速、前减速器传动比，其次进行电动机的选择和传动比的分配、再次进行前减速器设计、行星齿轮减速器传动齿轮设计；接着进行行星减速器其他构件的选择：如箱体结构尺寸、减速器的各项基本参数的确定。

应用CosmosWorks对行星减速器的有限元分析

COSMOSWorks是一个功能强大、简单易用的分析和优化软件。COSMOS/Works实例有限元分析 ，一般而言，进行有限元分析过程主要包括以下6个方面：1.建模2.选定材料和元素界面3.生成网格模型4.添加载荷和相关约束5.根据输入的参数进行执行6.生成仿真结果。

图1 行星齿轮减速器结构

图2 中心轮网格图

图3 行星轮应力分布图

图4 轴的应力分布图

结语

经过对电机系统中变速箱的设计，接着在设计过程中采用限元分析软件COSMOSWorks进行网格划分和添加约束进行仿真，对传动齿轮和变速箱轴的仿真分析过程结果非常准确与实际结果吻合，仿真的结果可以非常明细的显示出齿轮变速箱的构件应力及强度分布直观可见，从而提高了变速箱产品设计制造的精确性。从仿真云图我们可以看到齿轮的最大位移为1.173e-002m；齿轮最大应力大小为335178976.0n/m2。齿轮的最大应变为1.063e-004。近年来随着计算机技术的普及和计算速度的不断提高，有限元分析在工程设计和分析中得到了越来越广泛的重视，已经成为解决复杂的工程分析计算问题的有效途径。