基于ANSYS的轮边减速器行星架的可靠性分析_李晓豁
基于ANSYS Workbench的行星架优化设计
基于ANSYS Workbench的行星架优化设计
石军;李高勇;肖时晖
【期刊名称】《机械工程师》
【年(卷),期】2015(000)005
【摘要】针对行星减速机的行星架形状复杂难于对其结构与强度实现最优化,文中给出了一种高效可靠的行星架强度分析方法.通过用ANSYS Workbench软件对一种行星减速器的行星架的有限元分析,模拟其在实际工作状态下的应力分布,并对行星架结构合理优化,然后将行星架装机,进行模拟加载试验,结果表明,用ANSYS Workbench软件优化的行星架强度可靠,重量减轻,对降低产品成本具有重要意义.【总页数】3页(P75-77)
【作者】石军;李高勇;肖时晖
【作者单位】株洲市九洲传动机械设备有限公司,湖南株洲,421000;株洲市九洲传动机械设备有限公司,湖南株洲,421000;株洲市九洲传动机械设备有限公司,湖南株洲,421000
【正文语种】中文
【中图分类】TH133.33
【相关文献】
1.基于ANSYS Workbench随机振动分析的ATR安装架优化设计 [J], 杨春林;王婧
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3.基于ANSYS Workbench的高速逆流色谱仪行星架模态分析 [J], 李猛;殷国富;方辉;赵越;唐伟鑫
4.基于ANSYS Workbench的2K-H行星齿轮减速器行星轮系有限元分析 [J], 王彦军;魏炜;林伦标
5.基于Ansys Workbench的行星架组件过盈配合仿真研究及结构改善 [J], 徐鹏;吕小波;胡吉全;李波;杨艳芳
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基于ANSYS的辊压机用行星减速器行星架应力分析
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行星架是行 星 减 速器 中的重 要 零 部件 之
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基于Ansys Workbench的行星架组件过盈配合仿真研究及结构改善
基于Ansys Workbench 的行星架组件过盈配合仿真研究及结构改善徐 鹏1 吕小波2 胡吉全1 李 波1 杨艳芳11.武汉理工大学物流工程学院 武汉 4300632.湖北科峰传动设备有限公司 黄冈 438000摘 要:针对某典型小型行星减速器输出轴组件,对其销轴与行星架的过盈配合展开研究。
首先根据理论计算得到过盈量的初始范围;再利用Ansys Workbench 软件模拟分析设计参数对过盈装配的影响,其中重点分析了过盈量和摩擦系数对接触压力、等效应力和压装曲线的影响关系。
研究发现过盈量对过盈配合的影响最大,摩擦系数对接触压力的影响可以忽略不计,在此基础上根据仿真结果对理论计算的初始过盈量范围进行优化,得到最佳过盈量范围为0.004~0.008 mm;最后将销轴结构进行改善,结果表明所提出的阶梯销轴不会改变联接的可靠性,且能改善结构应力情况,提升压装质量,为小型行星减速器输出轴组件的设计提供参考。
关键词:行星减速器;过盈配合;仿真优化;压装质量中图分类号:TH132.46 文献标志码:A 文章编号:1001-0785(2020)14-0032-07Abstract: As for components of the output shaft of a typical small planetary reducer, the interference fit between its pin shaft and planet carrier was studied. Firstly, the initial magnitude of magnitude of interference was calculated according to theories. Then, Ansys Workbench software was used to simulate and analyze the influence of design parameters on interference fit, among which the influence of magnitude of interference and friction coefficient on contact pressure, equivalent stress and press-fitting curve was emphatically analyzed. It was found that the magnitude of interference affected the interference fit to the greatest degree, and the influence of friction coefficient on contact pressure can be ignored. Based on the above, the initial magnitude of interference calculated theoretically was optimized according to simulation results, and the optimal magnitude of interference was 0.004 to 0.008 mm; finally, the pin shaft structure is improved, and results showed that the proposed stepped pin shaft will not change the reliability of the connection, and can improve the structural stress and the quality of press fitting, which can provide a reference for the design of output shaft components of small planetary reducerKeywords: planetary reducer; interference fit; simulation optimization; press-fitting quality0 引言减速器是机械零部件中的重要成分,在我国的装备与制造业中发挥着重要作用。
基于ansys涡轮盘蠕变及低周疲劳寿命可靠性分析方法
摘
要
对于航空发动机高温部件涡轮盘来说,蠕变失效和疲劳失效是其两种主要的 失效模式: 在循环工作条件下, 蠕变损伤和疲劳损伤不断累积, 并且蠕变损伤和疲
劳损伤存在交互作用。 因此, 蠕变一 疲劳损伤分析就成为涡轮盘寿命预测的重要组
成部分。此外,由于金属材料在高温和高应力下存在明显的蠕变变形,从而造成 涡轮盘存在应力松弛现象,是否考虑应力松弛效应的寿命预测可能导致相差几倍 甚至上百倍的差别。
c nr uin r sr e b lw: o tb t we d ci d o i o e e b e
1 Ce sa r ai t m dl p ps , m dl c e r te tip bbii oew s o dts ead p u l ) e rn l c r p o s a r e h o n r u ri o i e p f e
久寿命的影响.
3 本文提出考虑应力松弛的涡轮盘蠕变一 ) 疲劳寿命工程化计算方法, 即蠕变一
疲劳损伤二阶逼近法。 在此基础上,结合响应面法,提出了考虑载荷和材料参数
分散性以及应力松弛效应的轮盘蠕变一 疲劳寿命可靠性分析方法。利用轮盘蠕变一
疲劳寿命可靠性算例验证了该方法的有效性,并分析了应力松弛立蠕变应变概率模型, ) 并率先将该模型和蠕变持久寿命概率模型用于考 虑应力松弛的涡轮盘蠕变持久寿命和蠕变一 疲劳寿命可靠性分析。 2 )提出考虑应力松弛的涡轮盘蠕变持久寿命可靠性分析方法。方法中采用 ASS提供的中 NY 心组合法对各随机变量进行抽样,并对若干抽样点有限 元蠕变分 析结果进行响应面回归,从而获得损伤临界失效函数的近似表达式。进而采用 MotCr 法获得轮盘蠕变持久寿命可靠度或给定可靠度的蠕变持久寿命。 n -ao e l 本文 通过算例验证了该方法的有效性,同时,分析了应力松弛和各随机变量对蠕变持
基于ANSYS的行星齿轮传动系统有限元分析
基于ANSYS的行星齿轮传动系统有限元分析张桂菊;肖才远【摘要】The structure statics on planetary gear transmission system is studied by using the Finite Element Analysis,the planetary gear transmission system is built with 3D solid modeling software Pro/Engineer. After importing the planet carrier of the planetary gear transmission system into ANSYS, the finite element analyzing model is established. The statics of structures is analyzed on the model, and the nephograms of the stress distribution and displacement distribution are acquired. The structural design is shown to be rational and accurate.%应用有限元理论静态分析,对行星齿轮传动系统进行了结构静力学研究.将Pro/Engineer中建立的行星齿轮传动系统的行星架组件的三维实体模型导入ANSYS中生成行星架组件的有限元模型,进行结构静力学分析,得到了行星架组件的应力分布云图和位移分布云图,验证了行星架组件结构设计的合理性和正确性.【期刊名称】《湖南师范大学自然科学学报》【年(卷),期】2012(035)002【总页数】4页(P24-27)【关键词】行星齿轮传动系统;Pro/Engineer;有限元;ANSYS【作者】张桂菊;肖才远【作者单位】邵阳学院机械系,中国邵阳 422000;邵阳学院机械系,中国邵阳422000【正文语种】中文【中图分类】TG61+9减速机构是在原动机和工作机之间,起匹配转速和传递转矩作用的机械装置.它可以通过不同的级数及不同的齿数比来实现不同的传动比,达到降低转速的目的[1].渐开线行星齿轮减速器作为减速机构的一种,以其独特的传动效率高、体积小、功率分流等特点被广泛应用于工程机械、车辆机械、机器人等各种机械领域[2].在行星齿轮传动系统中,行星架是其关键性零件之一,要有足够的强度和刚度.为使行星架既满足结构功能上的要求,又能使产品的体积最小,质量最轻,结构最优,采取一般的解析方法及简单的手工计算,量大且周期长,无法或很难求得其解,有限元分析则显示其独特的优越性[3].用有限元分析方法对行星架进行结构静力学分析,可以得到行星架的变形及应力与结构参量之间的变化关系,从而为行星架优化设计提供依据[4-5].1 有限元模型的建立1.1 行星架组件模型的导入及生成由于整个行星架组件的结构较为复杂,要在ANSYS中直接、准确地建立其实体模型是十分很难的,因此在建模功能较为强大的Pro/Engineer软件中建立行星架组件的三维实体模型[6].并经过适当的简化,如删除部分圆角、连接螺栓和螺孔等,简化后将模型导入到ANSYS中,如图1所示.因为建立的是三维实体模型,所以相应的单元类型也应选择三维实体单元,故选择单元类型为SOLID92,此类型可以满足一般三维实体结构.行星架的材料是QT400—15,输出轴和行星轮轴选用的是40CrNiMo.分别对它们定义单元属性(如弹性模量和泊松比等)后,即完成了行星架组件的单元属性分配,最后选择自由划分网格方式生成有限元模型.如图2所示[7-9].图1 简化后导入ANSYS中的行星架组件图2 行星架有限元模型1.2 载荷和边界条件的确定对载荷和边界条件作适当的简化和等效处理:(1)行星轮轴所受支反力等效分解后以集中载荷的形式施加于行轮轴的几何形心节点处,并沿圆周的切线方向;(2)行星架输出端连轴器上所承受的扭矩等效分解为各个渐开线键同一侧面上的压力;(3)对行星架组件两端安装轴承的部分进行全约束[10-12].整个行星架组件的载荷施加和边界条件约束情况如图3所示.(a)显示施加的力载荷 (b)显示施加的边界条件及面载荷图3 行星架组件的约束情况图2 计算结果图2.1 应力情况分析对于行星架组件中的行星架和输出轴两零件,经过分析得出行星架组件节点的应力分布云图如图4所示.从行星架组件节点的主应力分布云图上看,这两个零件的受力比较均匀,最大应力出现在输出轴轴径的根部,其值为87.373 MPa,小于两种材料的许用应力:σ1=250 MPa;σ2=490 MPa.并且在输出轴端部的渐开线花键处以及安装行星轮轴的轴孔处其应力值也较大.从X、Y、Z三个方向节点的应力云图上看,这两个零件的受力同样比较均匀,在三个方向上的最大应力值分别为:29.659 MPa,59.701 MPa,33.762 MPa.对于行星轮轴来说,它是整个行星架组件主要承受外力的零件,从图4可以看出整个组件的最大应力处出现在行星轮轴上,X方向上的值为40.664 MPa;Y方向上的值为78.118 MPa;Z方向上的值为86.011 MPa.(a) X方向节点的应力云图 (b) Y方向节点的应力云图(c) Z方向节点的应力云图 (d) 节点的主应力云图图4 行星架组件节点的应力分布云图2.2 位移情况分析对于行星架组件中的行星架和输出轴两零件,分析得出行星架组件节点的位移分布云图,如图5所示.从节点的总位移分布云图看,这两个零件的最大位移出现在两零件的边缘处和安装行星轮轴的轴孔处,其值为0.052 044 mm.此外在输出轴的渐开线花键处的位移也较大.从X、Y、Z三个方向节点的位移图上看,这两个零件的最大位移亦出现在两零件的边缘处和安装行星轮轴的轴孔处,其值分别为:0.014 325 mm,0.033 938 mm,0.038 39 mm.对于行星轮轴来说:无论是从总位移云图还是从X、Y、Z三个方向的位移云图看,整个行星架组件的最大位移值均出现在行星轮轴上,其值分别为:0.058 55 mm,0.014 325 mm,0.033 938 mm,0.049 592 mm[13-15].(a) X方向节点的位移云图 (b) Y方向节点的位移云图(c) Z方向节点的位移云图 (d) 节点的总位移云图图5 行星架组件节点的位移分布云图3 分析与结论在三维建模软件Pro/Engineer中完成了对行星架组件模型的建立,并利用其与有限元分析软件ANSYS之间的接口把模型导入ANSYS中,然后在ANSYS中完成有限元模型的生成及载荷和边界条件的施加,最后完成了对行星架组件的结构静力学分析,得到了组件的应力和位移分布云图.从图中可以得到:最大应力值为98.294 MPa,最大位移值为0.058 55 mm,说明整个行星架组件的设计结构比较合理,最大应力值也小于许用应力,应力分布也较均匀,在危险处并未出现应力集中现象.而这种数值结果是传统的分析方法所无法得到的.从而为行星架的优化设计提供了依据.同时也说明了,在机械设计中,尤其是对复杂的结构,有限元法是非常有效的,并能广泛使用.参考文献:[1] 李华强,尚飞.基于UG和ADAMS行星齿轮传动系统动力学仿真[J]. 机床与液压,2011,39(15):133-135.[2] 丁飞,张强. 基于ADAMS的行星齿轮减速器的建模与仿真研究[J].煤炭工程,2009(6):84-86.[3] 赵丽娟,陈令国,刘红梅.矿用减速器行星架的有限元分析[J].煤矿机械,2007,28(1):51-52.[4] 李锋. 利用ANSYS软件对采煤机截割部行星架进行应力分析[J].煤,2010,19(2):26-28.[5] 周思柱,景华斌,李洪波. 行星架应力应变理论计算和有限元分析的比较[J]. 长江大学学报:自然科学版,2009(6):75-79.[6] 周中坚,卢耀祖.机械与汽车结构的有限元分析[M].上海:同济大学出版社,1996.[7] 汪再加.柱齿轮的弯曲与接触应力分析[J]. 铸造技术,2008,7(7):931-934.[8] 杨建明. 行星齿轮机构弹性动力学建模[J]. 桂林电子工业学报, 2000,20(2):48-52.[9] 渐开线齿轮行星传动的设计与制造编委会. 渐开线齿轮行星传动的设计与制造[M].北京:机械工业出版社, 2002.[10] HIDAKA, YOSHIOETAL. Analysis of dynamic tooth load on planetary gear[J]. Bull JSME, 1980, 23(17): 315-323.[11] 杨平.行星减速器行星架设计的一种简便实用方法[J]. 机械科学与技术, 1996,25(4): 12-13.[12] 李黎明. ANSYS有限元分析实用教程[M]. 北京:清华大学出版社, 2005.[13] 刘鸿文. 材料力学(上、下册)[M]. 北京:高等教育出版社, 2002.[14] 高秀华, 等. 机械三维动态设计仿真技术[M]. 北京: 化学工业出版社, 2003.[15] 赵丽娟, 刘宏梅, 陈令国. ANSYS在矿用减速器箱体的应力分析中的应用[J]. 矿业研究与开发, 2007,27(1): 52-54.。
基于ANSYS的行星轮变速器的建模与有限元分析
基于ANSYS的行星轮变速器的建模与有限元分析作者:安立雄来源:《速读·中旬》2015年第04期摘要:本文研究了行星轮系变速器的结构及工作原理,主要利用ANSYS软件对行星轮系变速器的行星轮进行有限元分析。
关键词:有限元;静力学分析;模态分析;瞬态动力学分析进入二十一世纪以来,居民多样化的需求在逐步显现,汽车也走进千家万户,人们对家用轿车的需求日益膨胀,因此,各种性能优越、价格适中的轿车应运而生。
但自动变速器作为汽车传动系统中一个非常重要的组成,其发展毫无疑问会变成汽车行业技术革新的标志,因此在自动变速方面,存在着一个很大的研究空间。
一、行星轮系变速器的结构与工作原理(一)行星轮系变速器的结构行星轮系变速器是用行星齿轮机构实现变速的变速器,行星齿轮机构因类似于太阳系而得名。
它的中央是太阳轮,太阳轮的周围有几个围绕它旋转的行星轮,行星轮轴上安装有滚针轴承,行星轮之间有一个共用的行星架连接成为一个整体,行星轮的外面有一个大齿圈。
(二)行星轮变速器机构的运行规律在行星轮变速器机构中,如果把本来不是齿轮的行星架虚拟构造成一个具有明确齿数的齿轮,它的传动比也可以按平行轴式齿轮变速机构传动比的计算公式来计算。
因为行星齿轮的轴线是在转动的,而且虚拟齿轮及其齿数来源不便于理解,所以需要利用行星齿轮机构运动规律方程来计算它的传动比。
(三)行星轮系变速器的工作原理由于单排行星轮有两个自由度,所以没有固定的传动比,不能够直接变速传动。
为了组成具有一定传动比的传动机构,必须将太阳轮、齿圈和行星架这三个基本元件中的一个加以固定,或使其运动受到一定的约束,除此之外,将某两个基本元件互相连接在一起,使行星轮变为一个只有一个自由度的机构,从而获得固定的传动比。
二、行星轮系变速器的模态分析(一)模态分析理论以及前处理模态分析是所有动力学分析类型的最为基础的内容,可以用来确定设计结构或机器部件的振动特性,即结构的固有频率和振型,明确某个结构振型在特定方向上的振动程度。
基于ANSYS的轮边减速器壳体有限元分析与改进
基于ANSYS的轮边减速器壳体有限元分析与改进张燕【摘要】三支点前置电动叉车是当今一种重要的物流工具,轮边减速器是电动叉车的重要动力单元,轮边减速器的壳体作为其关键部件,承受较大的外载荷,壳体极易随着载荷的作用而发生变形,从而导致零件的报废,降低整台机器的使用年限.设计人员在设计轮边减速器壳体的时候,首先通过Pro/E建立壳体的三维模型,然后将三维模型导入有限元分析软件ANSYS中,结合牛顿-拉普森迭代法对壳体进行静态接触分析,从而预测设计存在的缺陷,提出相应的优化改进对策,通过多次仿真优化,使得壳体符合使用要求.通过有限元分析,既缩短了减速器壳体的设计周期,又降低了生产成本.【期刊名称】《西安文理学院学报(自然科学版)》【年(卷),期】2019(022)001【总页数】6页(P32-37)【关键词】ANSYS;有限元分析;轮边减速器;壳体;改进【作者】张燕【作者单位】安徽国防科技职业学院汽车技术学院,安徽六安237011【正文语种】中文【中图分类】TH132随着工业经济的快速增长,货运、仓储等在经济增长过程中起着愈来愈关键的作用.货运、仓储等技术在各工作环节的节奏情况,将明显影响产品物流成本.若节奏过慢,不利于成本的节约,不利于货物及资金的流通速度以及经济效益的提高.在物流过程中,电动叉车的使用起到了极大的作用.当今市场上除了电动叉车,部分企业仍然采用内燃叉车.不过,内燃叉车上运用的动力装置质量高低不一,致使噪声得不到良好控制,尾气排放超标,恶化了作业现场.其次,内燃叉车引起的声音很大,长时间听取会损坏人类的听觉.电动叉车采用健康、安全、环保的电能作为其动力,彻底解决了内燃叉车排放超标的问题,动力装置采用电动机而不再采用发动机,叉车的驾驶人员远离噪声,听觉得到了保护.凡是对工作环境在噪音、环保、安全等方面有极高要求的工作场所,物流工具均采用电动叉车[1].三支点前驱电动叉车转弯半径小、传动比较大、离地间隙较高,轮边减速器的采用既简化了电动叉车整车结构,使整车体积减小,又优化了动力传递路径,提升动力传递效率,达到节能减排的效果[2].1 减速器实物及二维简图分析减速器壳体适用于三支点前驱电动叉车,它的二维示意图如图1所示.壳体内部装配有行星轮系,其中一端与盖板及端盖连接并固结在车架上,动力从这一端进入;与其对应的另一端为动力输出端,与车轮相连接.壳体连同零部件在叉车上的布置形式如图2所示,壳体实物如图3,其在叉车上的布置实物图如图4所示,减速器壳体的材料为HT200,一般为铸件.减速器壳体重量轻,工艺简单,使用广泛.图1 壳体二维示意图(M:电动机 FC:减速装置)图2 三支点前驱电动叉车结构示意图图3 壳体实物图图4 壳体及部件布置实物图三支点电叉车的结构及使用要求决定了减速器壳体的特点.由于车间、仓库等仓储空间越来越小,因此希望叉车尺寸越小越好.基于这种情况,作为叉车的重要部件,轮边减速器的壳体尺寸亦要求尽量小;再者,要求车体的自重不能太重,壳体的质量占整个减速器重量的比重很大,所以为实现轻量化,壳体的质量是需要关注的一个重要问题.综上所述,壳体希望实现的目标是质量轻、强度高、尺寸小、结构紧凑.2 减速器壳体三维模型的建立二维简图只能给生产工艺部门制订工艺流程时提供参考图纸,但是对于有限元分析而言二维简图是满足不了有限元分析需求的.因此,要想完成有限元分析必须在作出二维简图的前提下,再建立减速器壳体的三维模型[3].图5 三维建模步骤减速器壳体及与壳体连接的几个零部件采用参数化建模的方法,借助三维造型软件Pro/E来实现三维模型的建立,建模步骤如图5.通过以上步骤创建了如下三维模型,如图6~8所示.图9为以上零部件的组合图. 针对壳体的结构特征,基于二维CAD模型,利用大型三维造型软件构建壳体的三维实体模型,进而为壳体的有限元分析提供了几何模型.图6 壳体三维图图7 盖板三维图图8 端盖及输出轴三维图图9 组合三维图3 有限元模型的建立3.1 壳体三维模型的导入首先把模型导入到有限元中,值得注意的是在实体模型构建过程中,根据后续有限元分析软件计算需要来作为建模依据,在不改变受力情况和分析要求前提下,构建模型如图10所示.借助Pro/E与大型通用有限元分析软件Ansys之间的数据传输,完成减速器壳体三维模型的导入[4].3.2 减速器壳体有限元模型的建立ANSYS环境下,首先确定单元类型为20节点高阶实体单元SOLID95,然后定义材料属性,表1为壳体材料的相关属性,基于上述基础,完成壳体模型的有限元网格划分,建成减速器壳体有限元模型[4].表1 轮边减速器壳体相关参数壳体材料HT200应力极限76.3 MPa最大应变0.028 mm泊松比0.25密度7.8 g/cm3弹性模量150 GPa重力加速度9.8 m/s2 ANSYS中提供了3种网格划分方法,即自由划分、映射划分和扫掠划分.在网格划分减速器壳体过程中,所采用的网格划分粗细与划分方法将会很大程度上影响结果准确度.在壳体有限元仿真时,精度与效度很难协调,一般为了提升精度,会增多网格数量,增加计算量,导致计算时长过长,最终导致计算死机.因此,在确保计算机求解空间的情况下,合理进行网格划分,最大限度地提升计算精确度[5].本次分析采用扫掠模式对壳体进行网格划分.划分网格后的壳体模型如图11所示.生成节点67 653个,单元35 782个.图10 减速器壳体三维实体模型图11 轮边减速器壳体有限元模型4 边界条件的定义及载荷施加4.1 边界条件的定义在建立有限元模型后,根据壳体在叉车上的实际放置情况,对与车架固结的大端面约束了6个自由度,对与输出轴端配合的轴承孔也进行6个自由度全约束,使得在加载时壳体不做任何方式的运动[6].图12 加载图4.2 载荷施加轮边减速器壳体通过5个大螺栓与车胎连接,壳体所受的载荷主要有叉车自重和载重构成的垂直载荷、壳体内部斜齿轮分出的径向载荷.根据三支点电动叉车运行的实际状况,主要考虑作用在壳体上的垂直载荷.叉车的额定载荷为2 t,叉车自重3 t,但现实应用中叉车存在超载现象,因此加载时要加超出额定载荷的重量,计算出的结果才具有参考意义.叉车自重和载重平均分布在四个车轮上,因此加载在壳体上的载荷为总载荷的1/4[4].具体加载设置如表2所示,加载如图12所示.表2 壳体加载类型具体说明载荷加载位置加载在与输出轴有接触的轴承内圈载荷加载方式加载集中力载荷大小空载时:18 620 N;满载时:28 420 N5 求解结果求解之前,首先做好如表3的参数设置.表3 参数设置变形模式Large Displacement Static求解时间1子步数20最大子步数50Line SearchOnDOF solution predictorOn for allsubstep求解完成后得到以下结果:其中满载工况壳体等效应力分布如图13所示,最大等效应力为85.6 MPa,发生在壳体与输出轴有接触的轴承内圈的下部,壳体应变如图14所示,最大应变为0.04 mm,最大变形出现在轴承内圈的下部.空载工况,壳体等效应力分布如图15所示,最大等效应力为23.2 MPa,发生在壳体与输出轴有接触的轴承内圈的下部,壳体应变如图16所示,最大应变为0.013 1 mm,最大变形出现在轴承内圈的下部.图13 满载壳体应力云图图14 满载壳体应变图图15 空载壳体应力云图图16 空载壳体应变图6 计算结果分析及改进6.1 计算结果分析由计算结果可知,施加相应约束与载荷后,最大等效应力及应变均出现在满载工况,应力为85.6 MPa ,应变为0.04 mm,最大应力及最大变形均发生在轴承内圈的下部.空载工况,最大应力为23.2 MPa,应变为0.013 1 mm.根据表1中材料数据要求,空载时,应力及应变都在材料允许范围内,满载时,应力及变形都超出了允许范围.叉车长时间运行,不符合材料要求,壳体易发生变形、受力损坏从而导致整机工作失效.6.2 壳体优化改进满载时进行分析,分析数据显示,应力及应变的最大值集中在壳体与输出轴配合的轴承内圈的下部,因此可以对壳体通过一系列的尺寸和结构优化后,再用ANSYS分别对它们进行再一次有限元分析.根据文献,优化改进方式一般有两种:改变轴承内圈的尺寸或增加内圈的厚度.分析表明第1种方式可行性不高,一旦内圈尺寸改变,与它啮合的输出轴尺寸也要跟着改变,尺寸改动面广,所以采用第2种方式为较好选择.轴承内圈原始厚度为10 mm,可把厚度增加2~3 mm,厚度不宜增加过大,过大会导致壳体的质量增加,不利于叉车减速器的轻量化.通过优化改进后,把优化改进后的模型按照有限元分析的步骤满载工况再进行计算,得到如下结果.从图17、18可以看出,通过尺寸优化改进后,满载时最大应力降低为35.6 MPa,最大变形量为0.02 mm,满足使用要求.虽然通过优化,使得应变变小了,但其数值还是比较接近最大允许应变,因此壳体的刚度还应加强.图17 满载壳体应力云图图18 满载壳体应变图7 结语通过对轮边减速器的关键部件壳体进行分析与研究,以材料性能要求为依据,通过有限元分析发现壳体满载工况下所受的应力及发生的应变不符合材料要求.根据学者的经验,对壳体尺寸进行优化,优化后的壳体受力及变形均在规定范围之内,进而完成对减速器壳体的静态受力分析.壳体作为轮边减速器的重要部件,通过分析与改进,极大提升了轮边减速器的工作可靠性,从而延长电动叉车的使用寿命. [参考文献]【相关文献】[1] 王祝新.圆柱齿轮减速器优化与抗疲劳设计[D].郑州:郑州大学,2017.[2] 蔡小亮.矿用自卸车轮边减速器机架断裂的失效分析[J].煤矿机电,2016(3):70-72.[3] 万一品.轮边减速器齿轮动态接触仿真研究[J].计算机仿真,2016(4):260-264.[4] 张燕.一种电动叉车轮边减速器有限元分析[D].合肥:合肥工业大学,2013.[5] 吴小君.一种带湿式制动功能的轮边减速器设计与分析[J].机械工程与自动化,2013(4):33-35.[6] 殷吕.选择性输出双离合自动变速器行星轮系有限元分析[D].合肥:合肥工业大学,2012.。
基于ANSYS Workbench的2K-H行星齿轮减速器行星轮系有限元分析
表 2 行星轮系的材料参数
零件 名称
材 料
弹性 模 量 /Pa
泊松 比
密 度/(Kg/m )
太 阳轮 行 星 轮
42CrM o
2.12x10
0.28
齿 圈
2.1.2 网格 划分 在进 行有 限 元分 析计 算前 .必 须对 行 星轮 系装 配模 型 进行 网格 划 分 ,它 的好 坏 直接 关 系到求解 的准确度及速度.为了提高计算效率 ,并根据计算机硬件配置情况 ,本文选用 SOLIDI87单元. 在 ANSYS Workbench中行星轮系装配模型采用 自由网格划分的方法 ,实际就是在四面体 和扫掠型划 分 之 间 自动切换 ,在划分过程 中设置 “Relevance Center”为 “Fine”,细化 网格 ,最后划分 的节点数为 267 654, 单元 数为 139 631.划分 网格 后 的有 限元模 型如 图 2(a)所示 . 2.】.3 定 义边界 条件 模 型导人 ANSYS Workbench软件后 ,系统将 自动为行 星轮 系传 动装 配模 型增 加接 触关系 ,对一般的静力学接触 问题分析 ,只需确定其他约束关系和载荷 ,即可进行静态求解 .在三个行 星 齿轮轴颈 、太 阳轮轴颈处施加 圆柱面约束 以模拟轴承支承 ,切线方 向设定为“自由”,在齿圈的外圈添加 固定约束.根据行星轮系]二作要求 ,在太 阳轮(动力输入轴 )轴颈处加载转矩 1.8x10 N·mm,加载后的有 限元 模 型如 图 2(b)所示 .在 静力 学分 析设 置 选项 中 ,设 置 “Large Deflection”为 “on”,激 活 大变 形 ,然 后 进 行 求解 .
收稿 日期 :2016—04—06 作者简介 :王彦军(1977一),男 ,讲师 .E—mail:wyj2004716@163.tom 基金项 目:宁德职业技术学院育苗基金项 目(zR20l3YM04).
基于ANSYS概率设计软件的井架可靠性分析
r ne nt a na l ys i s p r og r a m we r e ma de, wi t h t h e me t h od of mont e c a r l o me t ho d t o e s t a b l i s h t he mo nt e
2 01 3钷 第
4 2 卷 第 2 期 第 4 8贞
0I L FI ELD
石 油 矿 场 机 械 E QUI PMENT
2 0 l 3, 4 2 ( 2 ): 4 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ ~5 l
文 章编 号 : 1 O 0 1 3 4 8 2 ( 2 0 1 3 ) 0 2 — 0 0 4 8 0 4
Th r o u g h e s t a b l i s h i n g t h e f i n i t e e l e me n t mo d e l o f t h e d e r r i c k o c e a n, c o mb i n i n g i t s a c t u a l wo r k i n g
( ( ' o l l e g e o / Me c h a n i c a l a n d El e c t r i c a l En g i n e e r i n g, C^ i n a Un i v e r s i t y o / Pe t r o l e u m, Qi n g d a o 2 6 6 5 8 0 , C h i n a )
基 于 ANS Y S概 率 设 计 软件 的井 架 可 靠 性分 析
李光美 , 齐 明侠 。 李 艳 丽
( 中曰 石 油 大 学 机 电 工 程 学 院 , 山东 青岛 2 6 6 5 8 0 )
辊压机用行星减速器行星架有限元分析
煤矿机械Coal Mine MachineryVol.30No.12Dec.2009第30卷第12期2009年12月前言行星架是行星减速器中的一个较重要的构件。
结构合理的行星架应当是外廓尺寸小,质量小,具有足够的强度和刚度,动平衡性好,能保证行星轮间的载荷分配均匀。
本文所研究行星架的结构较复杂,且行星架承受减速器的输出转矩,行星架在受力后所产生的变形直接影响到齿轮副的受力状况。
由于该行星架是一个不规则的三维实体,用传统的模拟简化分析很难计算出此行星架所受的应力以及其受力后产生的变形大小,本文采用ANSYS 对其进行有限元分析计算,最后得到行星架的应力和位移分布情况,在满足强度要求的前提下为减速器的设计、制造提供了可靠的依据。
1建立行星架有限元模型本文所分析的行星架为该辊压机减速器的第3级行星架,该行星架结构采用双侧板整体式,侧板两端面均有凸缘。
行星架主要尺寸如图1所示,行星架的材料为ZG35CrMo ,密度为7.8×103kg/m 3,许用应力为740~880MPa ,弹性模量202GPa ,泊松比0.3,减速器输出转矩为442kNm ,输出转速为21r/min 。
行星架的主要结构为回转体,可直接在ANSYS 里用至下而上的方法先生成关键点;再由点连成线;由线围成面;再由面旋转成体。
最后用至上而下的方法生成几个圆柱体、长方体、再通过布尔运算相减就能得到完整的三维实体模型,为了使计算结果准确,其轴颈部位各细小的结构如小圆角、小台阶等都没有省略。
选用三维实体单元SOLID92为行星架有限元网格单元,自动进行网格划分生成有限元模型如图2所示。
图1行星架简图图2行星架有限元模型2施加载荷和位移边界条件根据减速器的特性,减速器在运转工作时,行星架上主要承受2个方面的作用力:(1)行星架上安装心轴的孔受到的压力,压力的大小可通过对心轴的分析得出左侧F z =213.92kN ,右侧F y =198.08kN 。
电动轮轮边行星减速器动力学特性建模分析
电动轮轮边行星减速器动力学特性建模分析孟晓烨【摘要】As the complex planetary gear transmission system,the electric wheel hub reducer is a complicated dynamic transmission system,and the dynamic characteristics of the structure have an important influence on the performance of the mechanism.According to the structure features of the apparatus and the dynamic characteristics of new three stage planetary gear wheel hub reducer,multistage transmission gear pair of the differential equations of motion was built,and Simulink model wasbuilt,using the gear model time-varying stiffness was combined with the traditional torsional vibration system of centralized quality model and gear dynamics model,while the introduction of side wheel drive motor vector control model and load model changes,together constitute the 4WD system model,which could be used to analyze the dynamic characteristics of gear transmission in the continuous condition meshing force and meshing deformation.A nalysis of gear transmission under the steady and continuous condition meshing force,deformation of meshes,circumference of a.gear acceleration characteristics of variation;and work process under typical working conditions was analyzed.The results show that:with the increase of the transmission torque and the speed,the gear mesh of the three gear transmission mechanism is more stable.The change of the gear change is mainly affected by the change of the gear mesh distortion.%电动轮轮边减速器作为复杂的行星齿轮传动系统,是受力情况复杂的动力传递系统,结构的动力学特性对机构的性能有重要影响.根据新型三级行星齿轮传动轮边减速器的结构特点和动力学特性,搭建多级传动齿轮副的运动微分方程,依此搭建系统的Simulink分析模型,模型利用齿轮时变刚度将传统扭振系统集中质量模型与齿轮动力学模型结合,同时引入轮边驱动电机矢量控制模型和负载变化模型,共同构成轮边驱动系统模型,可以分析齿轮传动在连续工况下啮合力,啮合变形等动态特性.分析齿轮传动在稳态及连续工况下啮合力、啮合变形、齿轮圆周加速度等特性的变化规律;并分析在典型工况下的工作过程.结果表明:随着齿轮传递扭矩增大、转速降低,三级传动机构的齿轮啮合更加稳定;齿轮时变刚度变化主要对齿轮啮合变形的变化产生影响,而对齿轮传递扭矩变化的影响变小,分析结果为此类机构设计提供参考.【期刊名称】《机械设计与制造》【年(卷),期】2017(000)004【总页数】5页(P193-196,201)【关键词】电动轮车辆;轮边减速器;行星齿轮;齿轮传动;时变刚度;模型【作者】孟晓烨【作者单位】包头职业技术学院,内蒙古包头014030【正文语种】中文【中图分类】TH16;TH16;U463.212轮边减速器作为重要的减速增扭装置,在大型载重车辆尤其是电动轮车辆中应用越来越普遍。
行星架可靠性优化设计
行星架可靠性优化设计
韩翔
【期刊名称】《起重运输机械》
【年(卷),期】2003(000)012
【摘要】行星架是行星减速器机构中承受外力矩最大的零件,行星架的结构设计和制造质量对各行星轮间的载荷分配以至传动装置的承载能力、噪声和振动等有很大影响。
合理的行星架结构应该重量轻、刚性好、便于加工和装配。
本文在传统设计经验的基础上,考虑应力、刚度及其强度均为随机变量并对
【总页数】2页(P43-44)
【作者】韩翔
【作者单位】西南交通大学机械工程研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TH1
【相关文献】
1.基于ANSYS Workbench的行星架优化设计 [J], 石军;李高勇;肖时晖
2.珠磨机减速器单臂行星架的结构优化设计 [J], 潘月仙;邹旻
3.行星齿轮传动行星架的模糊可靠性模型与设计 [J], 杨平
4.风电齿轮箱行星架多圆弧结构的优化设计研究 [J], 覃立;陈荣梅;郭勤涛
5.基于响应曲面法风电齿轮箱行星架拓扑优化设计 [J], 雷林;丁明泽;胡洪伟;张敏;侯怡鑫
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以有限元为基础的减速器可靠性分析与优化设计论文康旭机械班
齿轮减速器箱体有限元分析设计一、有限元的基本理论:1•有限元基本原理:有限元分析方法是利用数学近似的方法对真实物理系统(几何和载荷情况)进行模拟。
还利用简单而又相互作用的元素,即单元,就可以用有限数量的未知量去逼近无限未知量的真实系统。
其基本思想是将连续的求解区域离散为一组有限个、且按一定方式相互联结在一起的单元的组合体。
由于单元能按不同的联结方式进行组合,且单元本身又可以有不同形状,因此可以模型化几何形状复杂的求解域。
2.有限元的一些基本知识:自由度用于描述一个物理场的响应特性,如结构的自由度位移,热自由度温度,电自由度电位,流体自由度压力,磁自由度磁位等。
节点是指空间中的坐标位置,具有一定自由度和存在相互物理作用。
信息是通过单元之间的公共节点传递的。
单元是指一组节点自由度间相互作用的数值、矩阵描述(称为刚体或系数矩阵)。
单元有线、面或实体以及二维或三维的单元等种类。
有限元模型由一些简单形状的单元组成,单元之间通过节点连接,并承受一定的载荷,是真实系统理想化的数学抽象。
每个单元的特性是通过特性是通过一些线性方程式来描述的。
作为一个整体,单元形成了整体机构的数学模型。
有限元法分为位移法,力法,混合法。
二、减速器箱体的有限元分析:1•减速器介绍减速器是原动机和工作机之间独立的闭式机械传动装置。
用来降低原动机转速或增大转矩,以满足工作机的需要。
由于减速器具有结构紧凑,传动效率高,传动准确可靠,使用维护方便等优点,故在工矿企业及运输,建筑等部门中运用极为广泛。
虽在工作中减速器壳体破坏的可能性比较小,但它的刚性对减速器运转的平稳性起着决定作用,而且影响齿轮和轴承的工作状况。
采用有限元结构分析软件对其进行强度、刚度计算,可获得减速器壳体在最大载荷作用下各部位的应力和变形的分布情况。
利用ANS YS软件对减速器壳体进行有限元分析,找出最大应力和变形发生点,分析可靠性,并通过调整加强筋的数量和位置,使减速器壳变形最小,合理布置筋板,减轻减速器重量。
基于ansys的减速器箱体有限元分析的开题报告
基于ansys的减速器箱体有限元分析的开题报告一、选题背景和意义减速器箱体作为传动机械中的重要组成部分,其基本功能是保障动力传递和储存,以及保护机械设备不受外力干扰。
在实际工作中,减速器箱体不可避免地会受到很多内外部因素的影响,例如机械负载、震动、冲击等,这些因素都会对减速器箱体的安全可靠运行造成威胁。
因此,对减速器箱体的应力状态进行分析和优化设计显得尤为重要。
有限元分析技术是一种常用的分析和优化设计的方法,通过数值分析建立减速器箱体的有限元模型,并进行传递过程中的力和应力分析,在分析和优化设计减速器箱体时具有重要意义。
二、研究内容和方法本文选取减速器箱体为研究对象,采用有限元分析的方法,建立减速器箱体的有限元模型,计算箱体在工作过程中的应力状况,并对其进行优化设计。
具体研究内容包括以下几个方面:1. 利用三维建模软件对减速器箱体进行建模,确定箱体的几何形状和材料参数。
2. 基于有限元原理,在Ansys软件中建立减速器箱体的有限元模型,采用网格划分和节点自由度等方法对减速器箱体进行离散化处理。
3. 考虑减速器箱体的载荷情况,模拟减速器在工作中受到的力和应力,计算减速器箱体在传递过程中的应力状态。
4. 根据计算结果,对减速器箱体的结构进行优化设计,提高其承载能力和稳定性。
三、预期结果和价值本文预期取得以下成果:1. 建立减速器箱体的有限元分析模型,对其进行分析和计算,在计算结果的基础上对其结构进行优化设计,提高减速器箱体的承载能力和稳定性。
2. 提供一种新的方法和思路,通过有限元分析的技术,对减速器箱体进行精细化设计,避免传统设计方法中的盲目性和直觉性。
3. 为减速器箱体的实际工程应用提供有效的理论和技术基础,为减速器行业的进一步发展提供参考。
综上所述,本文将对减速器行业的发展和提高行业的技术水平具有一定的推动作用,能够提高工程设计的科学性和准确性,实现减速器箱体的高效、安全、稳定运行。
基于ANSYS的EBZ40掘进机行星减速器齿轮强度分析
No1Feb第1期(总第224期)2021年2月机 械 工 程 与 自 动 化MECHANICAL ENGINEERING & AUTOMATION文章编号= 1672-6413(2021)01-0094-03基于ANSYS 的EBZ40掘进机行星减速器齿轮强度分析张伟(霍州煤电集团吕临能化有限公司庞庞塔煤矿,山西 临县033200)摘要:在煤矿开采中,掘进机的截割部主要通过减速器来实现控制,因此减速器对整机的使用性能具有重要影响。
以EBZ40掘进机行星减速器齿轮为研究对象,基于ANSYS 对减速器齿轮进行静强度分析,分析结果表明,齿轮啮合最大应力为488 MPa ,核算齿轮强度均满足设计要求。
最后根据分析结果提出了该减速器结构优化建议,即中心轮开槽位置与轮齿之间的位置关系对齿轮强度具有较大影响,应保留足够的安全裕量;轮齿啮合齿处容易压馈,可以通过齿轮表面渗碳淬火等热处理手段提高齿轮的表面强度,该分析可以为其他行星减速器齿轮仿真分析提供有力参考。
关键词:掘进机;行星减速器;结构强度;ANSYS中图分类号:TP391. 7 文献标识码:A0引言掘进机的应用大幅提升了桥梁、隧道、煤炭开采等行业的施工效率,因此也得到了越来越广泛的应用。
随着各国对掘进机研究的不断深入,引入了更多更为 复杂的先进技术。
行星齿轮减速器是掘进机的关键零 部件之一,目前行星齿轮减速器正向着标准化、高精度、大尺寸、高可靠性、耐腐蚀性等方向发展。
影响行星齿轮减速器性能的参数很多,如材料、结构设计、表面处理等,由于掘进机开采的功率大,减速器齿轮的轮齿受载荷较大,容易出现故障。
因此,有必要对减速 器 齿 轮 的 受 力 情 况 进 行 仿 真 分 析。
本 文 以EBZ40减速器齿轮为研究对象进行强度分析,对掘进 机齿轮的结构设计具有一定的参考价值。
1 EBZ40掘进机概述国内外掘进机产品的型号、种类繁多,但基本结构一致, 本文对 EBZ40 型掘进机结构 进行简 要 说明 。
基于ANSYS的减速器分析方法
基于ANSYS的减速器分析方法基于ANSYS的减速器分析方法减速器是一种用于将输入的高速旋转转矩降低到所需输出速度和扭矩的机械装置。
通过使用ANSYS软件,我们可以进行减速器的分析和优化。
以下是基于ANSYS的减速器分析的步骤:步骤1:建立减速器的几何模型使用ANSYS软件中的几何建模工具,根据减速器的设计要求创建一个几何模型。
这个模型应包含减速器的所有组件,如齿轮、轴、轴承等。
步骤2:应用材料属性根据减速器的实际使用情况,为每个组件应用相应的材料属性。
这些属性包括密度、弹性模量、泊松比等。
在ANSYS中,可以使用材料库中的现有材料属性,也可以自定义材料属性。
步骤3:设置边界条件根据减速器的实际工作环境,设置适当的边界条件。
这些条件包括输入扭矩、转速、固定约束等。
通过设置边界条件,可以模拟减速器在实际工作情况下的行为。
步骤4:进行静态分析使用ANSYS的静态分析工具,对减速器进行分析。
静态分析可以得出减速器在静止状态下的应力、位移等信息。
这些信息对于评估减速器的结构强度和刚度非常重要。
步骤5:进行动力学分析使用ANSYS的动力学分析工具,对减速器进行分析。
动力学分析可以模拟减速器在运行过程中的振动、动态载荷等行为。
通过动力学分析,可以评估减速器在实际工作条件下的性能和可靠性。
步骤6:进行优化根据分析结果,对减速器的设计进行优化。
可以通过改变几何形状、材料属性等参数,以提高减速器的性能和可靠性。
使用ANSYS的优化工具,可以自动搜索最佳设计参数组合,从而实现减速器的优化设计。
步骤7:评估结果根据优化后的设计参数,重新进行静态和动力学分析,以评估减速器的性能和可靠性。
如果满足设计要求,则可以进入下一步骤。
否则,需要进一步优化设计。
步骤8:进行疲劳分析使用ANSYS的疲劳分析工具,对减速器进行分析。
疲劳分析可以评估减速器在长期运行过程中的疲劳寿命和可靠性。
通过疲劳分析,可以确定减速器的使用寿命和维护周期。
基于有限元的行星架强度分析与轻量化设计
1序言在NGW型行星齿轮减速机中,大行星架质量占比较大,同时也是承受外力矩的主要零件,其结构强度和轻量化设计显得尤为重要。
结构合理的行星架应具备质量轻、强度高以及便于加工和装配的特点,其结构设计对各个行星轮间的载荷分配以及减速机的承载能力、噪声和振动等有很大影响。
但基于传统力学方法所设计的行星架往往存在设计预留量较大的问题,从而导致其结构笨重。
本文采用Solidworks软件对大行星架进行三维建模并使用Simulation软件对其进行有限元分析,根据分析结果对大行星架结构进行轻量化设计,获得了质量更轻、同时满足强度和刚度要求的大行星架结构参数。
2建立有限元模型2.1 产品参数计算该行星齿轮减速机设计参数:输入转速n=950r/min,输入功率P=20kW,减速比i=40,则减速机输入转矩T s=9550P/n=9550×20÷950 N·m=201N·m。
减速机使用工况选择中等冲击,选取使用系数A=1.25,则传递转矩T=T s iA=201×40×1.25=10050N·m。
本文按照承受转矩10kN·m进行设计。
2.2 产品结构分析及参数定义行星齿轮减速机模型如图1所示,其中大行星架为单臂式行星架,其上有4个行星轮轴,轴上安装有4组行星轮及其轴承组件,外面套以内齿圈组成封闭式传动系统。
大行星架作为主要的转矩输出零件,主要承受轴向转矩,最大转矩达10kN·m。
图1 行星齿轮减速机模型大行星架模型材料选取45#钢,锻造并调质处理,材料屈服强度约为355MPa,抗拉强度约为600MPa,模型材料属性界面如图2所示。
图2 模型材料属性界面利用Solidworks基于特征的参数化建模功能可建立大行星架精准的数学模型,模拟大行星架在最大转矩下的工况进行强度分析。
2.3 边界约束与施加载荷将大行星架的左侧安装面及连接螺栓孔采用固定几何体的方式进行约束,以便固定模型,用以模拟行星齿轮减速机安装在主机上的实际工况。
轮边减速器行星齿轮机构仿真分析与试验研究
轮边减速器行星齿轮机构仿真分析与试验研究谢鑫【摘要】The planetary gear mechanism is the key part of wheel reductor. According to a new-developed wheel re-ducer of a company, its three-dimension model is established by Solidworks, and the finite element analysis software ANSYS Workbench is used to do contact stress analysis and to find out the weak points. The results of finite element analysis and bench test are nearly consistent, this can provide the reference and guidance for the design of wheel re-ductor.%行星齿轮机构是轮边减速器的关键部件. 本文以某公司新开发的轮边减速器为模型, 在Solid鄄Works中建立其三维模型,运用ANSYS Workbench有限元分析软件对其进行接触应力分析,查找其薄弱环节. 仿真分析结果与台架试验结果基本一致,为轮边减速器的设计提供参考和指导.【期刊名称】《客车技术与研究》【年(卷),期】2015(037)002【总页数】3页(P51-53)【关键词】轮边减速器;行星齿轮机构;仿真分析;试验研究【作者】谢鑫【作者单位】重庆车辆检测研究院国家客车质量监督检验中心,重庆,401122【正文语种】中文【中图分类】TH132.4;U467轮边减速器作为重型汽车驱动桥的第二级减速机构,一般安装在轮毂中心。
采用轮边减速器机构可以使位于车桥中间的主减速器的外形尺寸明显减小,保证车辆有足够的离地间隙,广泛运用在越野能力要求高的重型载重汽车上。
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随机变量 R/mm L/mm P/MPa E/MPa
表 1 随机变量及其分布
分布类型 正态分布 正态分布 正态分布 正态分布
平均值 85 100 260
200000
标准差 8 9 17
20000
·11·
2009 年第 12 期
农业装备与车辆工程
其分布如表 1 所示。 2.3 可靠性分析结果
查看 ANSYS 有限元程序概率分析的计算结果 可知,Z(X)<0、置信度为 95%的失效概率为 5.71%, 即行星架的可靠度为 94.29%。
运用 ANSYS 进行结构可靠性分析时,通常分为 生成分析文件、可靠性分析阶段、结果后处理 3 个步
李晓豁 等: 基于 ANSYS 的轮边减速器行星架的可靠性分析
2009 年 12 月
/ EXIT(退出)
参数化分
File.DB 析文件
(ANSYS
数据库
文件)
SAVE
RESUME
(保存)
恢复文件
Model. Database
2009 年第 12 期 (2总00第9 年22第1 期12)期
农业装备与车辆工程 AGRICULTURAL EQ农UI业PM装E备NT与&车V辆EH工I程CLE ENGINEERING
No.12 2009 (Totally 221)
doi:10.3969 / j.issn.1673-3142.2009.12.003
最大等效应力的抽样过程如图 5 所示。 图中上 下两条曲线表示抽样过程向中间平均值曲线趋近的 过 程 ,其 平 均 值 趋 向 收 敛 [5,6]; 这 表 明 本 例 采 用 蒙 特 卡 罗的循环次数为 500 的模拟次数是足够的。 图 6 显 示了最大等效应力分布概率。 从图 6 可看出,应力 峰值分布的范围在 478-757MPa 之间, 平均值约为 644MPa,标准差为 72.75MPa。
Analysis PDEXE
File( 分 析 文件)
执行
有限元模型数据库
Probablistic Design. Database
PDEXE File. Loop 执行 循环文件
可靠性分析数据库
PDSAVE
PDRESU
保存数据
重新读文件
File. PDS
(可靠性分 结果分析
析文件)
处理
图 2 结构可靠性分析流程图
100 90 80
3 70
2 60
1 50 40 30 20 10 0
Z(X) / Pa 图 7 Z(X)的累积分布函数图
100 90 80
3 70
2 60
1 50 40 30 20 10 0
σmax / Pa 图 8 σmax 的累积分布函数图
显 著 性 水 平 2.5%
图 9 敏感度分析结果示意图
前言
电动轮自卸车的轮边行星减速器具有减速、増 扭的作用,行星架是减速器的动力输出部分(图 1), 其末端直接与轮毂相连。 行星架的设计质量和实际 使用性能直接影响减速器的整体效能,在实际运行 中常出现行星轮轴断裂的事故,所以有必要研究和 改进现有的设计理论和方法,努力提高其质量和性 能。 常用的 ANSYS 分析方法有静力分析和动力分 析, 这两种分析方法存在分析数据有限的不足,并 没有进行多样本抽样和可靠性分析。
星架的可靠性分析,得到该有限元分析模型的应力概率分布特征、应力累积分布函数和行星轮轴直径等设计参数
对应力分布的敏感程度。 研究所得结论对于改进电动轮自卸车轮边减速器结构设计、提高其使用寿命具有一定的
作用。
关键词:电动轮自卸车;轮边行星减速器;行星架;可靠性分析
中 图 分 类 号 :U463.212+.2
概率小于 10%,是可靠的。 由图 8 可见,2 号线是最大等效 应 力 的 均 值 ,1
号和 3 号线分别是它的置信区间的上下限; 在给定 置信度为 95%时,σMAX>785MPa 的概率小于 10%,是 可靠的。
敏感性分析结果如图 9 所示。其中,输入参数对 输出参数影响水平在 2.5%以下的归为相对影响不 大的因素;影响水平在 2.5%以上的归为有显著影响 的因素。
骤[3](图 2)。 (1) 生成分析文件由 3 个模块组成,即采用批
处 理 ( 命 令 流 ) 或 交 互 (GUI) 或 两 者 结 合 方 式 建 立 结 构 的循环分析文件,构建结构有限元模型、定义分析类 型及加载等的求解模块以及结果提取。
(2) 可靠性分析阶段,主要工作包括指定可靠 性分析文件、选择和定义输入变量以及输出变量之 间的相关系数、确定各输入变量服从的分布类型和 分布函数、选择分析工具和方法(蒙特卡罗法或响应 面法等)。
极限状态函数为: Z(X)=[σ]-σmax Z(X)≤0 失效状态,求行星架的可靠性就是求 Z(X)>0 的概率。 本文采用 ANSYS 有限元程序的概率设计功能 PDS,选用蒙特卡罗法进行行星架的可靠性分析。 以 行星轮轴直径 R、行星架圆盘厚度 L、行星轮轴压力 载荷 P 及弹性模量 E 为随机输人变量,材料的屈服 极限为随机输出变量,计算结构的可靠度。在该结构 的可靠性分析中,假设材料的几何尺寸、载荷、弹性 模量 E 遵循正态分布(又称高斯分布)。 随机变量及
800
731
σmax/MPA
662
593
524
1
126
251
376
501
抽样次数
图 5 最大等效应力的抽样过程
12
10
8
分 布 比 例/%
6
4
2
0
478
571
664
757
σmax / MPa
图6 最大应力分布概率
累积分布函数是用于查看结构可靠性的工具。 累积分布函数在任意点的数值等于数据出现在该点 之下的概率值。 PDS 可以通过指定概率水平来确定 累积分布函数,以便得到在该概率下概率设计变量 的数据。
本文应用 ANSYS 的概率设计模块 PDS 的可靠 性分析功能,以行星轮轴直径、行星轮传递给轮轴
收 稿 日 期 :2009-10-15 作者简介:李晓豁(1953- ),男,辽宁锦州人,教授,博士生导师;现任 辽宁工程技术大学机械工程学院副院长,车辆工程学科带头人,机械 设计及理论学科(博士点学科)学术带头人,研究方向:现代机械设 计理论与方法、机械系统建模与仿真、机电一体化技术、大型工矿装 备的动力学行为与控制技术研究。
·10·
的压力及弹性模量为随机输人变量, 采用蒙特卡罗 法对行星架的可靠性进行分析。
图 1 电动轮自卸车轮边减速器及行星架
1 ANSYS 软件与蒙特卡罗法结合进行结构 可靠性分析的步骤
ANSYS 软件通用性强,是结构工程分析领域中 具有较高信誉度的大型商用有限元分析软件之一。 新版本的 ANSYS 软件 PDS 模块为用户提供了进行 结构可靠性分析的开发平台[1] [2]。
利用设计变量的均值进行行星架的参数化建 模,建立三维立体模型[4],如图 3 所示。 采用 ANSYS
图 3 行星架
单元库中的实体单元 SOLID95,由 ANSYS 自动划分 网格,获得排列有规则的、疏密大小逐步过渡的四面 体网格,如图 4 所示。计算中采用线弹性理论进行分 析, 物理和几何参数均采用国际单位制进行输入和 输出。 施加的载荷以极限工况的最大载荷为依据进 行设定。对行星架末端约束轴向位移,轴面约束径向 位移,在每个行星轮轴上施加压力面载荷。
概 率/%
可 靠 度/%
概 率/%
-0.490E+09 -0.550E+09 0.610E+09
0.670E+09 0.730E+09 0.790E+09 0.850E+09
-0.150E+08 -0.500E+07 0.500E+07 0.150E+08 0.250E+08 0.350E+08 0.450E+08
文献标识码: A
文 章 编 号 :1673-3142iability Analysis of Wheel Reducer Planetary Frame Based on ANSYS
LI Xiao-huo, WANG Yan, ZHANG Yong-sheng, SONG Bo (College of Mechanical Engineering, Liaoning Technical University, Fuxin 123000, China) Abstract: In order to study the structural reliability of motor wheel dumper wheel reducer planetary frame, using probability design function of ANSYS, the paper takes planetary axle diameter, the pressure of planetary gear transmission to axis and elasticity coefficient as random input variables, simulates the randomness of the actual design parameters components. Using the Monte Carlo method to analyze the planetary frame reliability, the stress probability distribution characteristics of the finite element analysis model, accumulation distributed functional arrangement and planetary axle design parameters such as diameter, degree sensitivity of stress distribution are achieved. The research conclusion has a certain role in improving structural design of motor wheel dumper wheel reducer and enhancing the service life. Keywords: motor wheel dumper; wheel reducer; planetary frame; reliability analysis