Como mecanismo de transmissão, a engrenagem planetária é amplamente utilizada em diversas práticas de engenharia, como redutores de engrenagens, guindastes, redutores de engrenagens planetárias, etc. Em muitos casos, o redutor de engrenagens planetárias pode substituir o mecanismo de transmissão de engrenagens de eixo fixo. Como o processo de transmissão da engrenagem é por contato linear, o engrenamento prolongado causará falha da engrenagem, sendo necessário simular sua resistência. Li Hongli et al. utilizaram o método de engrenamento automático para engrenar a engrenagem planetária e obtiveram que o torque e a tensão máxima são lineares. Wang Yanjun et al. também engrenaram a engrenagem planetária por meio do método de geração automática e simularam a estática e a simulação modal da engrenagem planetária. Neste artigo, elementos tetraedro e hexaedro são usados ​​principalmente para dividir a malha, e os resultados finais são analisados ​​para verificar se as condições de resistência são atendidas.

1、 Estabelecimento do modelo e análise dos resultados

Modelagem tridimensional de engrenagens planetárias

Engrenagem planetáriaÉ composto principalmente por engrenagem anelar, engrenagem solar e engrenagem planetária. Os principais parâmetros selecionados neste trabalho são: o número de dentes da coroa interna é 66, o número de dentes da coroa solar é 36, o número de dentes da engrenagem planetária é 15, o diâmetro externo da coroa interna é 150 mm, o módulo é 2 mm, o ângulo de pressão é 20°, a largura do dente é 20 mm, o coeficiente de altura do adendo é 1, o coeficiente de folga é 0,25 e existem três engrenagens planetárias.

Análise de simulação estática de engrenagens planetárias

Defina as propriedades do material: importe o sistema de engrenagens planetárias tridimensionais desenhado no software UG para o ANSYS e defina os parâmetros do material, conforme mostrado na Tabela 1 abaixo:

Malha: A malha de elementos finitos é dividida em tetraedro e hexaedro, e o tamanho básico do elemento é 5 mm. Como aengrenagem planetária, a engrenagem solar e o anel de engrenagem interno estão em contato e engrenados, a malha das partes de contato e engrenamento é densificada e o tamanho é de 2 mm. Primeiramente, são utilizadas grades tetraédricas, como mostrado na Figura 1. 105.906 elementos e 177.893 nós são gerados no total. Em seguida, adota-se uma grade hexaédrica, como mostrado na Figura 2, e são gerados no total 26.957 células e 140.560 nós.

Aplicação de carga e condições de contorno: de acordo com as características de funcionamento da engrenagem planetária no redutor, a engrenagem solar é a engrenagem motriz, a engrenagem planetária é a engrenagem acionada e a saída final é através do suporte planetário. Fixe o anel da engrenagem interna no ANSYS e aplique um torque de 500 N·m na engrenagem solar, conforme mostrado na Figura 3.

Pós-processamento e análise dos resultados: O nefograma de deslocamento e o nefograma de tensão equivalente da análise estática obtidos a partir de duas divisões de grade são apresentados abaixo, e uma análise comparativa é conduzida. A partir do nefograma de deslocamento dos dois tipos de grades, verifica-se que o deslocamento máximo ocorre na posição onde a engrenagem solar não engata com a engrenagem planetária, e a tensão máxima ocorre na raiz da malha da engrenagem. A tensão máxima da grade tetraédrica é de 378 MPa, e a tensão máxima da grade hexaédrica é de 412 MPa. Como o limite de escoamento do material é de 785 MPa e o fator de segurança é de 1,5, a tensão admissível é de 523 MPa. A tensão máxima de ambos os resultados é menor que a tensão admissível, e ambos atendem às condições de resistência.

2. Conclusão

Através da simulação de elementos finitos da engrenagem planetária, obtém-se o nefograma de deformação de deslocamento e o nefograma de tensão equivalente do sistema de engrenagens, a partir dos quais são obtidos os dados máximos e mínimos e sua distribuição noengrenagem planetáriamodelo pode ser encontrado. O local da tensão equivalente máxima também é o local onde os dentes da engrenagem têm maior probabilidade de falhar, portanto, atenção especial deve ser dada a ele durante o projeto ou a fabricação. Através da análise de todo o sistema de engrenagens planetárias, o erro causado pela análise de apenas um dente da engrenagem é superado.