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減速器箱體是減速器系統(tǒng)的主要組成部分，在少齒差行星齒輪減速器工作中，箱體承載而產(chǎn)生一定的變形。過大的應(yīng)力可能導(dǎo)致箱體產(chǎn)生裂紋，過大的變形將對少齒差行星齒輪傳動產(chǎn)生影響。因此，在箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計中有必要對箱體結(jié)構(gòu)進行有限元分析和模態(tài)分析，以得到更為合理的箱體結(jié)構(gòu)。
箱體的有限元分析為箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計和性能分析提供科學(xué)依據(jù)。如文占科等對履帶車輛綜合傳動裝置箱體進行有限元分析，通過對應(yīng)力和位移結(jié)果的分析，初步判斷箱體的剛度和強度條件，在此基礎(chǔ)上對箱體結(jié)構(gòu)方案進行細化和改進，提高了方案設(shè)計的效率和可靠性。楊成云等對中心傳動齒輪箱體進行靜態(tài)和模態(tài)分析，以此指導(dǎo)箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計。焦可如等對一種弱剛度復(fù)雜形狀傳動箱體軸承孔銑削加工的結(jié)構(gòu)進行有限元分析，由位移等值曲線的分析為該傳動箱體加工過程中一些重要的切削參數(shù)和裝夾方式的確定提供可靠的依據(jù)。針對曲軸式少齒差行星齒輪減速器的箱體結(jié)構(gòu)，用有限元分析軟件ANSYS進行靜態(tài)和模態(tài)分析，根據(jù)分析的結(jié)果，對原有箱體結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化。
如圖所示為曲軸式少齒差行星齒輪傳動原理圖，高速級由一對斜齒圓柱齒輪1，2組成，低速級由少齒差行星齒輪傳動組成，H為主動曲軸，3為行星輪，4為輸出內(nèi)齒輪。對于低速級少齒差行星齒輪傳動，設(shè)內(nèi)齒輪的轉(zhuǎn)速為n4，行星輪的自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為n3，主動曲軸轉(zhuǎn)速為nH=n2。根據(jù)零件相對運動的原理，行星輪3作平動，即行星輪的轉(zhuǎn)速為n3=0，則傳動比為:所設(shè)計的減速器是立式結(jié)構(gòu)，齒輪軸為輸入軸，齒輪4的軸為輸出軸，輸入軸轉(zhuǎn)速為n1=49.2 r/min，傳動功率為18.5 kW，減速器總傳動比為i14=57，行星輪4的分度圓直徑為d4=798 mm，其下箱體結(jié)構(gòu)在UG中的造型如圖2所示。下箱體的材料為鑄鋼，其材料特性參數(shù)分別為：彈性模量E為2.06×e11 MPa，泊松比為0.3，密度為8.9×e3kg/m3。其許用應(yīng)力值為σ=598 MPa。
雖然ANSYS軟件的前處理模塊具有建模功能，但與其他CAD軟件相比，其功能還不夠強大，對于形狀較復(fù)雜的零部件模型，建構(gòu)起來還非常困難。因此，設(shè)置了與多種CAD軟件，如Pro/E，UG，AutoCAD等的數(shù)據(jù)交換接口。通過這個接口，可以把模型文件直接傳入ANSYS中。采用在UG中建立模型，然后將模型以IGES格式導(dǎo)入ANSYS中。由圖2可見，減速器下箱體結(jié)構(gòu)特點是圓柱型的周期對稱結(jié)構(gòu)，其旋轉(zhuǎn)周期α=90°，因此，在建立箱體有限元分析模型和求解時，只對1/4箱體進行建模和分析。如圖所示為導(dǎo)入ANSYS中的1/4箱體的幾何模型。
單元網(wǎng)格類型選擇為Structural Solid的Brick 8node 45單元，劃分網(wǎng)格時選取Mesh中的Smart Size選項激活職能網(wǎng)格劃分功能，通過滑動條選10級劃分，使網(wǎng)格劃分速度比較快。
根據(jù)設(shè)計中的要求，對下箱體的底面施加零位移約束。施加在下箱體承力面上的載荷簡化為均布的面載荷。網(wǎng)格劃分及加載后的模型如圖4所示。箱體變形前后的比較如圖所示，各方向上所受最大應(yīng)力如表所示。模態(tài)分析時只加底面的零位移約束。取箱體的前5階振型進行分析，其1階振型下變形前后的比較如圖所示，不同頻率下的箱體最大應(yīng)力如表所示。
專業(yè)從事機械產(chǎn)品設(shè)計│有限元分析│強度分析│結(jié)構(gòu)優(yōu)化│技術(shù)服務(wù)與解決方案
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