ANSYS行星齿轮受力分析
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基于ANSYS的行星齿轮传动受力分析
樱木花道1，流川枫
(西南交大峨眉校区机械系，中国峨眉)
摘要
应用有限元理论静态分析，对行星齿轮传动进行结构静力学研究，将solid works建立的行星齿轮传动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，在不影响实际传动力学分析情况下，简化齿轮模型并定义齿轮厚度，在主动齿轮模型上添加移动自由度，进行结构静力学分析，得到行星架组件的应力分布图形，验证行星结构组件结构设计的合理性和正确性。
图4齿轮传动的应力分析结果
齿轮的位移变形图如下所示
图5齿轮的最大位移图
公式
D=mz(齿轮的分度圆直径等于模数乘以齿数)(1)
参考文献
[1]胡国良，任继文ANSYS11.0有限元分析，国防工业出版社
[2]陈精一，ANSYS工程分析实例教程[M]，中国铁道出版社，2006.8
[3]张朝晖，ANSYS11.0结构分析工程应用实例解析[M]，第二版，机械工业出版社，2008.1
关键词：行星齿轮传动系统，有限元，ANSYS，结构静力学分析
Abstract
The structure static on planetary gear transmission system is studied by using the Finite Element Analysis , the planetary gear transmission system is built with solid works modeling software, after importing the planet carrier of the planetary gear transmission system into ANSYS, the finite element analyzing is established .Under the circumstance of there is no effect to the actual analysis of the momentum, in short of the gear model, and definite the ply of it, then add the moving degree of freedom to the driving gear model, and analysis the structure statics.And the planet carrier of the stress distribution and displacement distribution are acquired. The structural design is shown to be rational and accurate.
图二 模型网格划分
2.3齿轮运动的受力分析
齿轮在传动的过程中动力来至电动机给轴的扭矩，然后传给从动轮。在传动中还会受到齿轮两个接触齿之间的挤压。在运动分析中主要分析的就是在齿轮传动时，齿受力后的变形情况，对受力的正确分析，有利于在生成实践过程中使机器各个零部件的机械寿命达到最大值，提高生成的效率。
由于本文的研究的是行星齿轮的运动分析，经过分析可知在行星齿轮的传动中，相当于是一个内啮合的齿轮传动和一个外啮合的齿轮一起运动，所以为了在不影响效果的情况下，尽量简化分析的过程，可以只取一对外啮合齿轮的切面经行静力学的分析。在分析中对太阳轮的X轴的约束固定，在Y方向给一个负0.5的位移值，将行星轮的X轴和Y轴约束固定，只需研究太阳轮在Y方向小位移下，齿轮接触齿处的变形情况即可。在本文中用到的主要参数和材料的基本属性如下所示。
[4]孙桓，陈作模，机械原理[M],高等教育
Key Word the planetary gear transmission system, the Finite Element,ANSYS,the structure static analysis.
1.引言
齿轮传动是机械传动中最重要的传动部件，被广泛的与运用到各个生产领域中，经常用在重要的场合：传动齿轮在工作过程中受到周期性载荷力的作用，有可能在标定转速内发生强烈的共振作用，动应力急剧增加，致使齿轮过早出现扭转疲劳和弯曲疲劳。有必要对行星齿轮传动啮合齿轮经行静态受力分析，分析受力集中的部位，便于分析得出齿轮易坏部分相应的做出相应处理。行星齿轮传动系统集合结构紧凑、传动比范围大、传动效率高等优点，在各种机器和机械设备中备受广泛使用。本论文采用有限元ANSYS对行星齿轮经行进行静态受力分析，为齿轮的动态设计等提供有效的方法。
Friction Coefficient=0.1
齿宽B=35
太阳轮齿数Z1=25
行星轮Z2=20
齿圈齿数Z3=80
模数m=2.5
图2对太阳轮进行约束
图3对行星轮进行约束
3结果的分析
通过在行星轮的Y轴方向附加一个负0.5的位移，行星轮固定，通过软件计算分析，可以得到在两个齿轮啮合处的变形情况，通过软件运算结果可以显示出不同的物理量，其中齿轮的最大应力可以从图中看出为5450GPa。可以看出在齿轮的传动过程中，应力最大的处为两个齿接触面，这符合实际情况。在实际的生产中，齿轮的破坏形式主要也是从接触面开始的，常见的有点蚀、断齿、过量的形变等形式。所以在生产实践中应该尽量减少最大应力的集中。齿轮的最大载荷是有限制的，在传动中尽量不要使最大载荷超过，齿轮的最大许用载荷。
图一 导入模型
2.2行星齿轮结构有限元wk.baidu.com定
齿轮用45号钢制成，本次分析通过SOLIDWORKS软件建立三维模型并导入ANSYS分析，选择实体单元中的Solid 4node182才能满足分析要求，并定义正确的实体厚度。
齿轮的齿是主要承受着最大挤压力，因此在两个齿轮的接触部分应该网格细化，齿轮的轴承孔是受力比较小的部分，网格尺寸可以略微粗大些，模型网格划分结果如图2所示
2.
2.1行星齿轮模型的建立
在有限元分析时应在保证模型准确性前提下尽量简化模型，必要的力学承载特征应着重分析考虑，可以只考虑两个齿轮的相互啮合处发生的变形情况，考虑到ANSYS建模不是很简便，可以在solid works下面建立齿轮的模型然后导入到ANSYS下面进行结构的静力学分析。装配后导入到ANSYS的模型如下图所示。
樱木花道1，流川枫
(西南交大峨眉校区机械系，中国峨眉)
摘要
应用有限元理论静态分析，对行星齿轮传动进行结构静力学研究，将solid works建立的行星齿轮传动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，在不影响实际传动力学分析情况下，简化齿轮模型并定义齿轮厚度，在主动齿轮模型上添加移动自由度，进行结构静力学分析，得到行星架组件的应力分布图形，验证行星结构组件结构设计的合理性和正确性。
图4齿轮传动的应力分析结果
齿轮的位移变形图如下所示
图5齿轮的最大位移图
公式
D=mz(齿轮的分度圆直径等于模数乘以齿数)(1)
参考文献
[1]胡国良，任继文ANSYS11.0有限元分析，国防工业出版社
[2]陈精一，ANSYS工程分析实例教程[M]，中国铁道出版社，2006.8
[3]张朝晖，ANSYS11.0结构分析工程应用实例解析[M]，第二版，机械工业出版社，2008.1
关键词：行星齿轮传动系统，有限元，ANSYS，结构静力学分析
Abstract
The structure static on planetary gear transmission system is studied by using the Finite Element Analysis , the planetary gear transmission system is built with solid works modeling software, after importing the planet carrier of the planetary gear transmission system into ANSYS, the finite element analyzing is established .Under the circumstance of there is no effect to the actual analysis of the momentum, in short of the gear model, and definite the ply of it, then add the moving degree of freedom to the driving gear model, and analysis the structure statics.And the planet carrier of the stress distribution and displacement distribution are acquired. The structural design is shown to be rational and accurate.
图二 模型网格划分
2.3齿轮运动的受力分析
齿轮在传动的过程中动力来至电动机给轴的扭矩，然后传给从动轮。在传动中还会受到齿轮两个接触齿之间的挤压。在运动分析中主要分析的就是在齿轮传动时，齿受力后的变形情况，对受力的正确分析，有利于在生成实践过程中使机器各个零部件的机械寿命达到最大值，提高生成的效率。
由于本文的研究的是行星齿轮的运动分析，经过分析可知在行星齿轮的传动中，相当于是一个内啮合的齿轮传动和一个外啮合的齿轮一起运动，所以为了在不影响效果的情况下，尽量简化分析的过程，可以只取一对外啮合齿轮的切面经行静力学的分析。在分析中对太阳轮的X轴的约束固定，在Y方向给一个负0.5的位移值，将行星轮的X轴和Y轴约束固定，只需研究太阳轮在Y方向小位移下，齿轮接触齿处的变形情况即可。在本文中用到的主要参数和材料的基本属性如下所示。
[4]孙桓，陈作模，机械原理[M],高等教育
Key Word the planetary gear transmission system, the Finite Element,ANSYS,the structure static analysis.
1.引言
齿轮传动是机械传动中最重要的传动部件，被广泛的与运用到各个生产领域中，经常用在重要的场合：传动齿轮在工作过程中受到周期性载荷力的作用，有可能在标定转速内发生强烈的共振作用，动应力急剧增加，致使齿轮过早出现扭转疲劳和弯曲疲劳。有必要对行星齿轮传动啮合齿轮经行静态受力分析，分析受力集中的部位，便于分析得出齿轮易坏部分相应的做出相应处理。行星齿轮传动系统集合结构紧凑、传动比范围大、传动效率高等优点，在各种机器和机械设备中备受广泛使用。本论文采用有限元ANSYS对行星齿轮经行进行静态受力分析，为齿轮的动态设计等提供有效的方法。
Friction Coefficient=0.1
齿宽B=35
太阳轮齿数Z1=25
行星轮Z2=20
齿圈齿数Z3=80
模数m=2.5
图2对太阳轮进行约束
图3对行星轮进行约束
3结果的分析
通过在行星轮的Y轴方向附加一个负0.5的位移，行星轮固定，通过软件计算分析，可以得到在两个齿轮啮合处的变形情况，通过软件运算结果可以显示出不同的物理量，其中齿轮的最大应力可以从图中看出为5450GPa。可以看出在齿轮的传动过程中，应力最大的处为两个齿接触面，这符合实际情况。在实际的生产中，齿轮的破坏形式主要也是从接触面开始的，常见的有点蚀、断齿、过量的形变等形式。所以在生产实践中应该尽量减少最大应力的集中。齿轮的最大载荷是有限制的，在传动中尽量不要使最大载荷超过，齿轮的最大许用载荷。
图一 导入模型
2.2行星齿轮结构有限元wk.baidu.com定
齿轮用45号钢制成，本次分析通过SOLIDWORKS软件建立三维模型并导入ANSYS分析，选择实体单元中的Solid 4node182才能满足分析要求，并定义正确的实体厚度。
齿轮的齿是主要承受着最大挤压力，因此在两个齿轮的接触部分应该网格细化，齿轮的轴承孔是受力比较小的部分，网格尺寸可以略微粗大些，模型网格划分结果如图2所示
2.
2.1行星齿轮模型的建立
在有限元分析时应在保证模型准确性前提下尽量简化模型，必要的力学承载特征应着重分析考虑，可以只考虑两个齿轮的相互啮合处发生的变形情况，考虑到ANSYS建模不是很简便，可以在solid works下面建立齿轮的模型然后导入到ANSYS下面进行结构的静力学分析。装配后导入到ANSYS的模型如下图所示。