行星齒輪作為一種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，廣泛應(yīng)用于各種工程實(shí)際中，例如齒輪的減速箱、 起重機(jī)、行星齒輪減速器等。對于行星齒輪減速器來說，它在很多情況下都可以代替定軸輪系的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。由于齒輪傳動(dòng)過程中是線接觸，長時(shí)間的嚙合會(huì)造成齒輪失效，所以有必要對其強(qiáng)度仿真分析。李紅麗等人通過自動(dòng)劃分法對行星齒輪進(jìn)行網(wǎng)格劃分，得出扭矩與最大應(yīng)力呈線性關(guān)系。王彥軍等人也通過自動(dòng)劃分法對行星齒輪進(jìn)行網(wǎng)格劃分，模擬了行星齒輪的靜力學(xué)和模態(tài)仿真。本文主要使用四面體和六面體單元?jiǎng)澐志W(wǎng)格，對最終得到的結(jié)果進(jìn)行強(qiáng)度分析，看是否滿足強(qiáng)度條件。

　　一、模型建立及結(jié)果分析

　　行星齒輪三維建模

　　行星齒輪主要是由齒圈、太陽輪、行星輪組成。本文主要選取的參數(shù)：內(nèi)齒圈的 齒數(shù)66，太陽輪齒數(shù)36，行星輪的齒數(shù)15，內(nèi)齒圈的外圓直徑為150mm，模數(shù)為2mm，壓力角 20°，齒寬 20mm，齒頂高系數(shù) 1，頂隙系數(shù) 0.25，3 個(gè)行星輪。

　　行星齒輪靜力學(xué)仿真分析

　　定義材料屬性：將在 UG 軟件里繪制的三維行星齒輪系統(tǒng)導(dǎo)入到 ANSYS 里，并設(shè)置材料的參數(shù)， 如下表 1 所示：

　　

 

　　劃分網(wǎng)格：有限元網(wǎng)格劃分采用四面體和六面體進(jìn)行對比，單元的基本尺寸為 5mm，由于行星輪和太陽輪、內(nèi)齒圈接觸嚙合，因此，對接觸嚙合的部位進(jìn)行網(wǎng)格的加密，尺寸為 2mm。首先采用四面體網(wǎng)格，如圖 1 所示，一共產(chǎn)生了 105906 個(gè)單元，177893 個(gè)節(jié)點(diǎn)。接著采用六面體網(wǎng)格，如圖 2 所示，一共產(chǎn)生了 26957 個(gè)單元，140560 個(gè)節(jié)點(diǎn)。

　　

 

　　施加載荷和邊界條件：根據(jù)行星齒輪在減速器里的工作特點(diǎn)，太陽輪為主動(dòng)輪，行星輪為從動(dòng)輪，最終通過行星架輸出。在 ANSYS 里對內(nèi)齒圈進(jìn)行固定約束，在太陽輪里施加 500N·m 的力矩，如圖 3 所示。

　　

 

　　后處理及結(jié)果分析：下面給出兩種網(wǎng)格劃分所得出的靜力分析的位移云圖以及等效應(yīng)力云圖，并進(jìn)行對比分析。從兩種網(wǎng)格的位移云圖發(fā)現(xiàn)，最大的位移發(fā)生在太陽輪中不與行星輪嚙合的部位，最大應(yīng)力發(fā)生在齒輪嚙合的齒根部位，四面體網(wǎng)格最大應(yīng)力為378MPa，六面體網(wǎng)格最大應(yīng)力為 412MPa。由于材料的屈服極限為 785MPa,取安全系數(shù)為 1.5，所以許用應(yīng)力為 523MPa。兩種結(jié)果的最大應(yīng)力都小于許用應(yīng)力，都滿足強(qiáng)度條件 。

　　

 

　　二、結(jié)論

　　通過本次對行星齒輪的有限元仿真，得到齒輪系統(tǒng)的位移變形云圖和等效應(yīng)力云圖，從圖中可以發(fā)現(xiàn)最大以及最小的數(shù)據(jù)以及它們的在行星齒輪模型中的分布情況。最大等效應(yīng)力所在的位置也是輪齒最可能發(fā)生失效的位置，因此在設(shè)計(jì)或者制造的時(shí)候需要特別的重視。本次通過對行星齒輪的整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行分析，克服了只對一個(gè)齒輪的輪齒進(jìn)行分析所產(chǎn)生的誤差。