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三環(huán)減速器是一種新型齒輪傳動裝置。齒輪傳動部分采用的齒板上的內(nèi)齒輪和齒輪軸上的外齒輪相嚙合的內(nèi)嚙合方式，由于相嚙合齒輪的齒數(shù)差很少，一般是1/4齒差，在機械傳動過程中同時有多對齒相接觸，單個齒受力小而使整機承載能力高，過載性能好。與功率相同的圓柱齒輪傳動相比，該型減速器由于特殊的結(jié)構(gòu)而具有整機體積小、重量輕、傳動的功率范圍廣等優(yōu)點，在機械、石油化工等行業(yè)得到越來越廣泛的應(yīng)用。在對機械產(chǎn)品的設(shè)計計算時，對機械結(jié)構(gòu)進行有限元分析是一個重要步驟。本文以工程應(yīng)用為目的，基于ANSYS軟件，對二級三環(huán)減速器的重要傳動部件內(nèi)齒環(huán)板進行強度和剛度分析，根據(jù)得出的結(jié)果對內(nèi)齒環(huán)板的結(jié)構(gòu)進行改進設(shè)計。
本減速器采用二級傳動。第一級采用一對斜齒輪傳動；第二級為少齒差內(nèi)嚙合齒輪傳動，輸入軸、支承軸和輸出軸3根軸的軸線互相平行且處于水平位置，采取輸入軸和支承軸在同側(cè)，而輸出軸在另一側(cè)的偏置式布置方式。動力由斜齒輪通過輸入軸單軸輸入，由偏心套帶動3片內(nèi)齒環(huán)板以及內(nèi)齒環(huán)板上的內(nèi)齒輪和輸出軸上外齒輪的嚙合，由輸出軸輸出動力。為防止由偏心套和內(nèi)齒環(huán)板等組成的曲柄連桿機構(gòu)在曲柄和連桿共線時運動的不確定性，采用嚙合瞬時相位差為120°的3片內(nèi)齒環(huán)板。箱體采用上下水平剖分結(jié)構(gòu)。圖1為該減速器的實體模型。
采用ANSYS軟件的具體建模步驟見文獻，ANSYS雖然也有建模功能，但對于復(fù)雜零件選用功能強大的Pro/E進行建模能起到事半功倍的效果。本環(huán)板實體模型采用Pro/E建模，利用ANSYS內(nèi)置的接口實現(xiàn)從Pro/E的模型導(dǎo)入。單元設(shè)置：Main Menu-Preprocessor- Element TypeCAdd-Edit-Delete，單擊Add按鈕，選擇帶有20個節(jié)點的單元Solid95單元，單擊OK，Close按鈕。設(shè)置材料屬性：Main Menu-Preprocessor-MaterialProps-Material Models，雙擊Material Model Available列表框中的StructurahLinear-Elastic-Isotropic選項。在EX和PRXY文本框分別輸入2.09e11及0.269。單擊OK按鈕，然后執(zhí)行Material-Exit命令，完成材料屬性設(shè)置。設(shè)置網(wǎng)格的尺寸大�。篗ain Menu-Preprocessor-Size Cntrls-Global-Size命令。在Element edgelength文本框中輸入50，單擊OK按鈕。采用自由網(wǎng)格劃分單元：執(zhí)行Main MenuPreprocessor-Mesh-Areas-Free命令，單擊"Pick all”按鈕，單擊OK按鈕，生成網(wǎng)格，如圖所示。
施加約束命令，將軸承內(nèi)孔全部約束，選擇ALL DOF選項，單擊OK。內(nèi)齒環(huán)板上的輪齒所受的載荷隨工況轉(zhuǎn)角的變化規(guī)律見圖所示。由圖可以看出：3塊內(nèi)齒環(huán)板上的輪齒所受載荷以360°為周期變化且規(guī)律完全相同，只是各環(huán)板分別相隔120°相位差。當工況角為85°時，某塊內(nèi)齒環(huán)板的輪齒所受載荷有最大值：P=1.98698xe4N，假設(shè)有5對齒同時嚙合且每個齒受力均等，則每個齒所受載荷大小為最大載荷的1/5。因此，加載時選擇最危險工況下的最大載荷平均施加于以工況角為85°對稱分布的5個輪齒上。施加載荷命令，假設(shè)有5對齒嚙合，在危險工況角度拾取對稱的5個漸開線齒廓，單擊OK按鈕，在Load PRES value文本框中輸入載荷值，單擊OK。求解：Main Menu-Solution-Solve-Current LS命令。出現(xiàn)一個Solution is done對話框時單擊Close按鈕完成求解運算。
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