基于ansys的针摆行星传动摆线轮模型试验

基于ansys的针摆行星传动摆线轮模型试验

1高速、重载能力小，导致动态性能差针摆星源传输是一种应用前景非常广泛的新型传输。它具有体积小、重量轻、传动比大、传输效率高、传输稳定、结构简单、承载能力强等优点。现在，它也被广泛应用于许多行业。随着高速、重载、轻量化和运转平稳的增加，减少疲劳和减轻振动噪声已经变得越来越重要，如果其结构设计不合理，其动态性能存在问题，在工作过程中会产生较大的振动和噪声。对摆线轮进行有限元模态分析，确定其固有频率及其振型，避免共振和出现有害振型，为进一步进行动力学分析奠定了基础。2摆线轮的实体模型建立由于摆线轮齿廓曲线比较复杂，基于ANSYS有限元分析软件的绘图功能不是很强大，本文采用Pro/E来建立摆线轮的实体模型。该软件只要输入曲线方程，即可直接生成摆线轮齿廓曲线。2.1摆线基本轨迹摆线轮齿廓曲线是短幅外摆线的等距曲线，其原理是半径为r的滚圆在半径为R的基圆（固定不动）上作无滑动的纯滚动时，滚圆圆周上一点的轨迹为外摆线，而滚圆内的一点的轨迹就是短幅外摆线。根据文献在直角坐标系下摆线的坐标方程可写成如下方式：式中：rrp是针齿半径，rp是针齿中心圆半径；Zc是摆线轮齿数；α=360·Zc·t;t=0～1;Zp=Zc+1;K=A·Zp/（rP+△rP）为短幅系数；i=Zp/Zc为相对传动比；A为偏心距；△rrp是等距修形量；rP是移距修形量；Sr=1+K2-2·K·cosα；2.2生成摆线轮模型本文以RV250AⅡ减速器的摆线轮为例，其主要参数如下：输出转矩2450N·m，针齿数40，摆线轮有效宽度18mm，偏心距2.2mm，针齿中心圆直径229mm，针齿半径5mm，转臂轴承孔直径55mm，转臂轴承孔分布圆直径126mm，输入轴孔直径52mm。在Pro/E首先建立参数（即针齿半径、针齿中心圆半径、摆线轮齿数、偏心距等）通过“关系”菜单来驱动模型尺寸；通过输入摆线的直角坐标系方程创建摆线曲线；然后通过拉伸及剪切等命令来创建一个摆线轮的实体模型。因为模型中所有的尺寸都已经加入到关系表达式中，所以可以根据需要修改关系中的表达式来重新生成新的模型。摆线轮实体模型见图1。3模型结构的建立及显著性分析将上述建立好的模型利用ANSYS与Pro/E软件的接口将几何模型导入ANSYS软件中。(1）选择单元为SolidTet10node92(Solid92）。Solid92是三维10节点四面体单元，在保证精度的同时允许使用不规则的形状，它有相同的位移形状，每个节点有3个自由度；沿节点坐标x、y、z方向的平动，具有塑性、蠕变、膨胀、应力强化、大变形和大应变能力。考虑到摆线轮轮廓曲线的不规则性，选用Solid92以较好地拟合摆线轮轮廓曲线。(2）定义材料属性：定义各向同性材料，材料的弹性模量E=2.06×1011Pa，泊松比μ=0.3，密度为7850kg/m3。(3）划分网格：网格划分的质量和密度对有限元分析的计算结果有较大影响，网格的质量直接影响最后的分析结果，考虑到摆线齿廓曲线比较复杂，因此本文采用手工控制网格密度的来划分网格。模型最终划分为59059个单元，共计94109个节点。(4）指定分析类型：模态分析。(5）施加约束和载荷：在摆线轮运动过程中，它共受到四个位置的约束，即转臂轴承对它的约束以及针轮对它的约束。其中3个曲轴通过轴承对它的约束相当于销连接。同时，由于轴承两侧有卡圈定位，所以在轴向方向上应施加约束固定。轴承和摆线轮的受力面积通常都小于总面积的1/2，这里取它的面施加5/12面积的径向约束。根据文献而摆线轮与针轮啮合，由于轮齿的接触是线接触，摆线轮则由于针轮上的每个针齿与它的轮齿啮合，所以只应该在轮齿和针齿的接触面的法线方向上施加预载荷，预载荷相交于啮合节点，本文共定义了10对齿上加载预载荷（如图2）。(6）扩展模态数：结构的振动可表达为各阶固有频率对应的振型的线形组合，其中低阶振型对结构的振动影响较大，具有实际意义的是低阶固有频率和振型，所以在进行模态分析时一般取前5～10阶模态，在这里，计算出了前10阶固有频率和振型。(7）模态计算和结果分析：利用ANSYS的强大求解功能，可求解出前10阶固有频率及振型。计算结束后，在ANSYS的通用后处理器POST1，列表显示结果。计算结果如图3。每一阶固有频率都对应有自己的振型，在通用后处理器POST1中可通过固有频率来查看各阶振型，其部分振型图如图4所示。4提高效率(1）在Pro/E中建立了精确的参数化模型