少齿数齿轮传动系统动态特性分析
2018-12-21张毛宁张政武
张毛宁 张政武
(陕西理工大学机械工程学院,陕西汉中723000)
0 引言
本文利用ANSYS分析软件对少齿数齿轮在工作啮合传动情况下的轮齿进行了硬度、强度和固有频率的分析和计算,结合传动实际情况,进行了有限元的模拟分析,对研究少齿数齿轮的动态特性和提高少齿数齿轮的承载能力有着十分重要的价值和意义。
1 少齿数齿轮传动系统有限元建模
根据实际装置选用结构钢,总体采用自由网格划分模式对齿轮进行有限元网格划分,划分后的有限元模型如图1所示。
图1 少齿数齿轮传动系统有限元模型图
2 少齿数齿轮传动系统静力学分析
在大齿轮轴上施加0.033 N·m的扭矩,施加完边界条件的模型如图2所示。
图2 边界条件施加
少齿数齿轮施加好边界条件后,经过分析得到了少齿数齿轮传动系统整体和大齿轮、小齿轮、齿轮轴的变形云图如图3所示。
图3 应力云图
从图3(a)可得出,少齿数齿轮传动系统的最大应力为198.61 MPa,最大应力发生在大齿轮与小齿轮啮合接触表面区域;从图3(b)可得出,大齿轮的最大应力为108.61 MPa,最大应力发生在齿根弯曲处,并且小于材料的许用应力、断面收缩率及伸长率,故满足强度要求[1];从图3(c)可得出,大齿轮轴的最大应力为28.26 MPa,最大应力发生在大齿轮与轴接触部位,并且小于材料的许用应力;从图3(d)可得出,小齿轮的最大应力为74.512 MPa,最大应力发生在齿根弯曲处,并且小于材料的许用应力[2]。
3 少齿数齿轮传动系统模态分析
对于少齿数齿轮传动系统来说,较低阶的振型对托盘机械结构影响较大[3-4]。通过ANSYS Workbench模态分析获得少齿数齿轮传动系统的前6阶固有频率及振型如表1所示。
表1 固有频率及振型
由表1可知,少齿数齿轮传动系统的主要振动形式表现为弯曲振动,其次是扭转振动。在少齿数齿轮传动系统的前6阶模态振型中,第2、4阶模态振型皆会在轴承外圈与减速器外壳接触部分发生振动变形,从而影响少齿数齿轮传动系统工作的平稳性。
4 结语
通过对少齿数齿轮传动系统进行三维建模,建立其有限元模型,对其进行静力学分析,得到了应力图,分析结果表明满足强度要求。通过对其进行模态分析,得到了前6阶固有频率及模态振型,结果表明传动系统在工作中不会出现共振现象,符合设计要求。