基于ansys的針擺行星傳動擺線輪模型試驗

基于ansys的針擺行星傳動擺線輪模型試驗

1高速、重載能力小，導(dǎo)致動態(tài)性能差針擺星源傳輸是一種應(yīng)用前景非常廣泛的新型傳輸。它具有體積小、重量輕、傳動比大、傳輸效率高、傳輸穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡單、承載能力強等優(yōu)點。現(xiàn)在，它也被廣泛應(yīng)用于許多行業(yè)。隨著高速、重載、輕量化和運轉(zhuǎn)平穩(wěn)的增加，減少疲勞和減輕振動噪聲已經(jīng)變得越來越重要，如果其結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，其動態(tài)性能存在問題，在工作過程中會產(chǎn)生較大的振動和噪聲。對擺線輪進行有限元模態(tài)分析，確定其固有頻率及其振型，避免共振和出現(xiàn)有害振型，為進一步進行動力學(xué)分析奠定了基礎(chǔ)。2擺線輪的實體模型建立由于擺線輪齒廓曲線比較復(fù)雜，基于ANSYS有限元分析軟件的繪圖功能不是很強大，本文采用Pro/E來建立擺線輪的實體模型。該軟件只要輸入曲線方程，即可直接生成擺線輪齒廓曲線。2.1擺線基本軌跡擺線輪齒廓曲線是短幅外擺線的等距曲線，其原理是半徑為r的滾圓在半徑為R的基圓（固定不動）上作無滑動的純滾動時，滾圓圓周上一點的軌跡為外擺線，而滾圓內(nèi)的一點的軌跡就是短幅外擺線。根據(jù)文獻在直角坐標(biāo)系下擺線的坐標(biāo)方程可寫成如下方式：式中：rrp是針齒半徑，rp是針齒中心圓半徑；Zc是擺線輪齒數(shù)；α=360·Zc·t;t=0～1;Zp=Zc+1;K=A·Zp/（rP+△rP）為短幅系數(shù)；i=Zp/Zc為相對傳動比；A為偏心距；△rrp是等距修形量；rP是移距修形量；Sr=1+K2-2·K·cosα；2.2生成擺線輪模型本文以RV250AⅡ減速器的擺線輪為例，其主要參數(shù)如下：輸出轉(zhuǎn)矩2450N·m，針齒數(shù)40，擺線輪有效寬度18mm，偏心距2.2mm，針齒中心圓直徑229mm，針齒半徑5mm，轉(zhuǎn)臂軸承孔直徑55mm，轉(zhuǎn)臂軸承孔分布圓直徑126mm，輸入軸孔直徑52mm。在Pro/E首先建立參數(shù)（即針齒半徑、針齒中心圓半徑、擺線輪齒數(shù)、偏心距等）通過“關(guān)系”菜單來驅(qū)動模型尺寸；通過輸入擺線的直角坐標(biāo)系方程創(chuàng)建擺線曲線；然后通過拉伸及剪切等命令來創(chuàng)建一個擺線輪的實體模型。因為模型中所有的尺寸都已經(jīng)加入到關(guān)系表達式中，所以可以根據(jù)需要修改關(guān)系中的表達式來重新生成新的模型。擺線輪實體模型見圖1。3模型結(jié)構(gòu)的建立及顯著性分析將上述建立好的模型利用ANSYS與Pro/E軟件的接口將幾何模型導(dǎo)入ANSYS軟件中。(1）選擇單元為SolidTet10node92(Solid92）。Solid92是三維10節(jié)點四面體單元，在保證精度的同時允許使用不規(guī)則的形狀，它有相同的位移形狀，每個節(jié)點有3個自由度；沿節(jié)點坐標(biāo)x、y、z方向的平動，具有塑性、蠕變、膨脹、應(yīng)力強化、大變形和大應(yīng)變能力。考慮到擺線輪輪廓曲線的不規(guī)則性，選用Solid92以較好地擬合擺線輪輪廓曲線。(2）定義材料屬性：定義各向同性材料，材料的彈性模量E=2.06×1011Pa，泊松比μ=0.3，密度為7850kg/m3。(3）劃分網(wǎng)格：網(wǎng)格劃分的質(zhì)量和密度對有限元分析的計算結(jié)果有較大影響，網(wǎng)格的質(zhì)量直接影響最后的分析結(jié)果，考慮到擺線齒廓曲線比較復(fù)雜，因此本文采用手工控制網(wǎng)格密度的來劃分網(wǎng)格。模型最終劃分為59059個單元，共計94109個節(jié)點。(4）指定分析類型：模態(tài)分析。(5）施加約束和載荷：在擺線輪運動過程中，它共受到四個位置的約束，即轉(zhuǎn)臂軸承對它的約束以及針輪對它的約束。其中3個曲軸通過軸承對它的約束相當(dāng)于銷連接。同時，由于軸承兩側(cè)有卡圈定位，所以在軸向方向上應(yīng)施加約束固定。軸承和擺線輪的受力面積通常都小于總面積的1/2，這里取它的面施加5/12面積的徑向約束。根據(jù)文獻而擺線輪與針輪嚙合，由于輪齒的接觸是線接觸，擺線輪則由于針輪上的每個針齒與它的輪齒嚙合，所以只應(yīng)該在輪齒和針齒的接觸面的法線方向上施加預(yù)載荷，預(yù)載荷相交于嚙合節(jié)點，本文共定義了10對齒上加載預(yù)載荷（如圖2）。(6）擴展模態(tài)數(shù)：結(jié)構(gòu)的振動可表達為各階固有頻率對應(yīng)的振型的線形組合，其中低階振型對結(jié)構(gòu)的振動影響較大，具有實際意義的是低階固有頻率和振型，所以在進行模態(tài)分析時一般取前5～10階模態(tài)，在這里，計算出了前10階固有頻率和振型。(7）模態(tài)計算和結(jié)果分析：利用ANSYS的強大求解功能，可求解出前10階固有頻率及振型。計算結(jié)束后，在ANSYS的通用后處理器POST1，列表顯示結(jié)果。計算結(jié)果如圖3。每一階固有頻率都對應(yīng)有自己的振型，在通用后處理器POST1中可通過固有頻率來查看各階振型，其部分振型圖如圖4所示。4提高效率(1）在Pro/E中建立了精確的參數(shù)化模型