某轮边齿轮减速器啮合齿轮的有限元分析

2020-10-28马学刚陈晨王玲芝尹宗军苏蓉吴俊

汽车实用技术 2020年18期

马学刚陈晨王玲芝尹宗军苏蓉吴俊

摘要：轮边减速器是车辆最后一级传动装置其经受的扭矩也是最大的所以减速器的强度和结构至关重要。因此对其结构的设计要科学合理。文章利用软件Catia软件建立了轮边减速器三维实体模型抽取了太阳轮和行星轮啮合副模型以IGS格式导入到ANSYS软件中进行网格划分。针对输入功率最大值180kw要求利用Workbench平台对膜片弹簧进行太阳轮和行星轮啮合副有限元计算最后得到了该啮合副Mises应力云图。

关键词：轮边减速器;有限元分析;应力云图

中图分类号：U467 文献标识码：B 文章编号：1671-7988（2020）18-138-03

Abstract： Wheel reducer is the last transmission device of the vehicle， and its torque is also the largest， so the strength and structure of the reducer are crucial. Therefore， the design of its structure should be scientific and reasonable. In this paper， the three-dimensional solid model of wheel reducer is established by CATIA software. The meshing pair models of sun gear and planetary gear are extracted and imported into ANSYS software with IGS format for mesh generation. According to the requirement of the maximum input power of 180kW， the finite element calculation of the meshing pair of sun gear and planetary gear is carried out by using workbench platform， and the Mises stress nephogram of this meshing pair is obtained.

Keywords： Hub Reduction Gear; Finite Element Analysis; Stress Nephogram

CLC NO.： U467 Document Code： B Article ID： 1671-7988（2020）18-138-03

前言

对于重型货车、矿用车和越野车等需要较的大传动比因此需要采用轮边减速器作为最后一级减速。轮边减速器的结构主要为三部：太阳轮、行星轮和行星架。采用轮边减速器的优点之一就是可以保证在实现总传动比不变的情况下使传动轴等部件的承受力减小并且可以缩小这些零部件的尺寸。轮边减速器的通过齿轮传动的方式降低速度增大扭矩。从而获取更大的动力。

杨生华[1]通过接触仿真分析研究了通用接触单元在轮齿变形和接触应力计算中的应用。建立了一对齿轮接触仿真分析的模型并使用新的接触单元法计算了轮齿变形和接触应力。屈文涛[2]利用ANSYS软件的参数化设计语言APDL建立双圆弧齿轮的三维有限元单齿对接触静态模型并基于ANSYS/LSDYNA建立了柔性体多齿动态接触模型并对齿轮进行了动态接触分析。陈胡兴[3]利用ANSYS的参数化设计语言（APDL）建立双圆弧齿轮的三维实体形成相应有限元模型对轮齿弯曲应力进行了分析。本文以某车型轮边减速器为研究对象依据该轮边减速器的结构特点和工作特性[4] 对太阳轮和行星轮啮合副进行了静力学分析。

1 啮合齿轮有限元分析模型建立

1.1 轮边齿轮减速器啮合齿轮受力分析

对于各个零件的设计要求应满足尺寸安装功率达标寿命长久等。因此规定该轮边减速器的所达到的要求：1）应满足的输入功率最大值pe：180kw;2）在工作期间的额定转速：40km/h（600r/min）;3）规定减速比达到5：1;4）在工作期间的额定转速n：40km/h（600r/min）。

1.2 啮合齿轮几何模型建立

首先对三维复杂模型（如有倒角等细节）进行模型的简化其目的是为了降低求解难度。然后转化模型类型导入ANSYS 进行前处理。在前处理模块中按照要求对模型进行操作处理定义好一系列的条件包括网格划分、添加约束和设定载荷等。最后进行后处理求解模。

在CATIA中首先将模型进行装配如图2所示在装配过程中确保太阳轮和行星轮上各自的分度圆市相切的且齿轮面是相互接触的。

由于CATIA和ANSYS中的文件格式不同为了能将CATIA文件导入ANSYS软件当中将装配好的文件进行保存。保存的格式选择为igs。打开ANSYS界面选择static structural（静态结构）选择geometry 右击导入保存的CATIA装配图此时格式后缀为.igs。

1.3 材料模型的建立

本文中太阳轮和行星轮选取的是40CrMnMo。假设其材料为各向同性材料其选取材料参数如下表2所示。

1.4 初边界条件的确定和网格划分

接下来对模型添加约束条件对行星轮进行固定。对太阳轮添加受力在定义框内输入从扭矩换算出的力偶数值955000N·mm。

前处理中重要的一步就是网格划分。对网格进行划分在这里我们将网格划划分为单元长度为5mm 如图3所示。