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                铁牛60半轴齿轮应力与变形的有限元分析

                添加人admin 发布时间2018-4-2 8:52:10 来源本网


                齿轮是机构中最普遍同时也是最重要的零件之一由于其形状比较复杂用传统的计算方法不能确定其真实的应力及变形分布规律因此从弹性力学出发用现代设?#21697;?#27861;研究齿轮的受载情况具有广泛的用途它可以提高整个齿轮机构的设计水平
                本文用数值分析软件ANSYS对天津拖拉机厂产?#20998;?#26576;半轴齿轮的从动轮进行应力及变形分析该齿轮以前采用45钢制造若能改为球墨铸铁材料将会产生明显的经济效益为此目的我们给出了有限元计算的力学模型根据ANSYS程序计算出齿轮的齿面接触应力和齿根弯曲应力还绘制了齿轮应力分布图和变形图为半轴齿轮改材提供了依据
                2建立有限元分析模型2.1齿轮几何尺寸和材料特性=72模数m=6.5mm变位系数x=0.27齿顶高系数h/=0.8顶隙系数CX'=0齿宽b=50mm全齿高h=11.7mm压力角a=20㡣目前厂方选择球墨铸铁QT600D 3作为齿轮要改材的材料球铁的参数为弹性模量E= 157GPa?#27492;?#27604;卜=0.27屈服极限s 2.2计算模型的选取司的AutoCAD软件可以把用AutoCAD建立的模型输入到ANSYS程序中进行分析所以本文首先用AutoCAD建立起齿轮的齿形图将图形用Iges格式导出然后利用ANSYS的导入功能把齿形图导入ANSYS中再对图形进行拓扑修理和几何修理完成建模工作考虑到一个齿上的载荷所引起的变形传递范围有限我们分别取出3个齿和5个齿进行分析经过?#21592;x?#21457;现这两种方案算得受载轮齿的齿根应力差别很小又对3个齿加厚与未加厚进行比较差别也很小最后采用3个齿未加厚模型进行分析计算如所示根据半轴齿轮的主动轮上传递的扭矩计算出作用在半轴从动轮上的载荷计算齿根弯曲应力和齿面接触应力时载荷施加的位置是不同的现分述如下1999-10 1.玲1964女<天津c理工I学院讲lectronie 2.3.1确定计算齿根弯曲应力时载荷的作用位置轮齿在受载时所受弯矩最大因此齿根处弯曲疲劳强度最弱当轮齿在齿顶处啮合时处于两齿啮合区虽然力臂最大但力并不是最大因此应?#39029;?#21333;齿啮合的最高点来算齿根的弯曲应力根据齿轮啮合的重?#38553;? 1.27由AutoCAD确定出单齿啮合的最高点如所示的d点
                单齿啮合最高点A 2.3.2确定计算齿面接触应力时载荷的作用位置由可知渐开线齿廓上各点的曲率是不相同的沿工作齿廓各点所受载荷也不一样又由于点蚀失效一般先发生在节点靠近齿根处故用节点处啮合进行接触应力计算若在节点处加集中力在力的作用点附近区域应力很大并不能?#20174;?#23454;际工作情况因此我们根据弹性力学赫兹公式算得材料弹性变形后的接触宽度2S=0.64mm.如把载荷加在bX2S的接触面上为便于这里给出赫兹公式1P-2主从动轮材料的?#27492;?#27604;EhE2主从动轮弹性模量MPaPE综合曲率半径
                2.4划分单元对己建立的计算模型采用四边形8节点单元先用智能方法对模型进行粗略划分之后在节点附近和齿根部进行局部细分参见附按照平面应力进行齿根弯曲应力的计算共分2873个单元8 890个节点按照平面应变对齿面接触应力进行计算共分1 898个单元5915个节点
                2.5?#38469;?#26465;件1由于齿轮?#26412;?#24456;大作1用在轮齿上的e载荷Ai在齿3计算结果分析3.1验算齿轮中面上的应力作为校核根据材料力学的方法计算出齿顶到齿根中间平面DE的应力在这里材料力学公式尚能近似使用DE面D点处的拉应力=54.237MPaE点处的压应力ay=93.87MPa如所示依据ANSYS计算得町=100.72MPa.通过以上两种计算方法的比较说明用ANSYS计算的过程无?#38469;源?#35823;
                附某载荷步的应力图将载荷作用在单齿啮合的最高点并按平面应力弹性状态计算出齿根弯曲应力然后再算出轮齿左右两侧危险点的Mises应力得D3的屈服极限说明有塑性变形此时再用许用应力方法进行设计显然是不行了为了给厂方提供更详细的数据我们又改用极限载荷方法进行设计首先利用塑性力学计算出齿根危险截面完全进入塑性变形时的极限载荷F= 103701N再通过弹塑性数值分析方法计算出危险截面完全进入塑性变形时的极限载表1 1500m3级钟式高炉?#29616;?#25805;纵机构参数足AB杆处于上限位置时钟斗同心的要求第4组参数为我国一些炼铁厂未经优化设计取用的?#29616;?#25805;纵机构杆件参数不仅乒且IWmax/x值较大还由下文知其?#29616;?#21514;?#19994;?#36816;动轨迹形态极差不能很好地满足此机构使用要求
                表中4组参数得到的?#29616;?#21514;?#19994;E的运动轨迹分别如中abcd所示显见第12组参数对应的?#29616;?#21514;?#19994;?#36816;动轨迹ab形态较好相对于高炉中心线的左右偏摆量比较均衡有利于?#29616;?#19979;降后均匀落料入炉未进行优化设计时的第4组参数对应的?#29616;?#21514;?#19994;?#36816;动轨迹形态最差上下位置时各偏向高炉中心线一侧极?#36164;?#28809;料偏集于炉内用
                当优化设计搜索到接近最优点时参数tLY对?#29616;?#21514;?#19994;?#24038;右偏摆量影响如下保持LY值不变改变t值对Hmax影响不大大t值可使略微大I备Imax略微减小减小t?#30331;?#20917;相反保持tY值不变大L值会使备综上所述依本文所述内容对高炉?#29616;?#25805;纵机构进行优化设计可得到能较好满足生产工?#25214;?#27714;的结果此类机构不进行优化设计是难以满足生产工?#25214;?#27714;的某些1介绍此类机构优化设计内容似欠全面未能满足生产工艺应有的全部要求值得商榷

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