節能設備中齒輪變速箱的有限元分析

周 攀 肖 瑤 陳 龍 李 可 周莎莎廣東環境保護工程職業學院

節能設備中齒輪變速箱的有限元分析

周 攀 肖 瑤 陳 龍 李 可 周莎莎
廣東環境保護工程職業學院

周攀，男，工學碩士，工程師，研究方向：節能技術、智能材料與結構健康監測、節能設備故障診斷。

在工程領域的長期應用實踐，有限元法在工程領域的仿真應用解決了很多工程實際問題，推動了工業技術進步。有限元法最主要的應用是結構優化，如結構形狀的最優化，振動和結構強度的分析等。本論文通過對行星減速器的設計建模然后應用軟件進行結構的有限元分析，然后對主要的零部件如齒輪應用有限元分析軟件COSMOSWorks進行了有限元分析，對其在不同的載荷及約束的條件以及不同的材料下，其應力、位移、應變等進行了研究，有實驗的結果圖片得出了相關的結果達到了預期的目的。

減速器的總體設計

減速器的結構

減速器主要由齒輪（或蝸桿渦輪）、軸、軸承及箱體四部分組成。箱體是傳動的基座，應保證傳動軸線相互位置的正確性，故軸承孔必須精確加工。箱體本身必須有足夠的剛度，以免箱體在內力及外力作用下產生過大的變形。

行星齒輪減速器的結構及工作原理

行星齒輪傳動設備具有體積小、重量輕和承載能力高的優點，主要原因之一是利用了幾個行星輪分擔行星減速器的總載荷，從而使得總功率進行了分流。為了解決上述問題，在行星齒輪結構設計上要采用均載機構。這樣，就可以降低載荷不均勻系數，從而提高設備的承載能力和平穩性。彈性件的均載機構。其基本原理是通過彈性元件的彈性變形補償制造、安裝誤差，以使各行星輪均勻分擔載荷。例如采用薄壁內齒輪，靠齒輪薄壁的彈性變形達到均載的目的。

行星齒輪減速器的設計步驟

根據齒輪變速箱設計的一般方法，根據載荷的大小、轉速、輸入功率來確定齒輪的模數、直徑、材料、齒寬等相關參數，然后進行強度校核。首先根據原始數據如：電機功率、輸入轉速、輸出轉速、前減速器傳動比，其次進行電動機的選擇和傳動比的分配、再次進行前減速器設計、行星齒輪減速器傳動齒輪設計；接著進行行星減速器其他構件的選擇：如箱體結構尺寸、減速器的各項基本參數的確定。

應用CosmosWorks對行星減速器的有限元分析

COSMOSWorks是一個功能強大、簡單易用的分析和優化軟件。COSMOS/Works實例有限元分析 ，一般而言，進行有限元分析過程主要包括以下6個方面：1.建模2.選定材料和元素界面3.生成網格模型4.添加載荷和相關約束5.根據輸入的參數進行執行6.生成仿真結果。

圖1 行星齒輪減速器結構

圖2 中心輪網格圖

圖3 行星輪應力分布圖

圖4 軸的應力分布圖

結語

經過對電機系統中變速箱的設計，接著在設計過程中采用限元分析軟件COSMOSWorks進行網格劃分和添加約束進行仿真，對傳動齒輪和變速箱軸的仿真分析過程結果非常準確與實際結果吻合，仿真的結果可以非常明細的顯示出齒輪變速箱的構件應力及強度分布直觀可見，從而提高了變速箱產品設計制造的精確性。從仿真云圖我們可以看到齒輪的最大位移為1.173e-002m；齒輪最大應力大小為335178976.0n/m2。齒輪的最大應變為1.063e-004。近年來隨著計算機技術的普及和計算速度的不斷提高，有限元分析在工程設計和分析中得到了越來越廣泛的重視，已經成為解決復雜的工程分析計算問題的有效途徑。