Como mecanismo de transmissão, a engrenagem planetária é amplamente utilizada em diversas práticas de engenharia, como redutor de engrenagem, guindaste, redutor de engrenagem planetária, etc. Para redutor de engrenagem planetária, ela pode substituir o mecanismo de transmissão do trem de engrenagem de eixo fixo em muitos casos. Como o processo de transmissão da engrenagem é o contato da linha, o engrenamento prolongado causará falha na engrenagem, por isso é necessário simular sua resistência. Li Hongli et al. utilizou o método de engrenamento automático para engrenar a engrenagem planetária e obteve que o torque e a tensão máxima são lineares. Wang Yanjun et al. também engrenou a engrenagem planetária através do método de geração automática e simulou a estática e a simulação modal da engrenagem planetária. Neste artigo, os 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 de modelo e análise de resultados

Modelagem tridimensional de engrenagens planetárias

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

Análise de simulação estática de engrenagens planetárias

Defina as propriedades do material: importe o sistema tridimensional de engrenagens planetárias 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 por tetraedro e hexaedro, e o tamanho básico do elemento é 5 mm. Desde oengrenagem planetária, a engrenagem solar e o anel da engrenagem interna estão em contato e engrenam, a malha das partes de contato e malha é densificada e o tamanho é de 2 mm. Primeiro, são utilizadas grades tetraédricas, conforme mostrado na Figura 1. São gerados 105.906 elementos e 177.893 nós no total. Em seguida, é adotada uma grade hexaédrica, conforme mostrado na Figura 2, e 26.957 células e 140.560 nós são gerados no total.

Aplicação de carga e condições de contorno: de acordo com as características de trabalho 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 transportador planetário. Fixe o anel de engrenagem interno no ANSYS, e aplique um torque de 500N·m na engrenagem solar, conforme mostra a Figura 3.

Pós-processamento e análise de resultados: O nefograma de deslocamento e o nefograma de tensão equivalente da análise estática obtidos de duas divisões da grade são fornecidos abaixo, e uma análise comparativa é conduzida. A partir do nefograma de deslocamento dos dois tipos de grade, verifica-se que o deslocamento máximo ocorre na posição onde a engrenagem solar não engrena com a engrenagem planetária, e a tensão máxima ocorre na raiz da engrenagem solar. A tensão máxima da grade tetraédrica é 378MPa, e a tensão máxima da grade hexaédrica é 412MPa. Como o limite de escoamento do material é 785MPa e o fator de segurança é 1,5, a tensão admissível é 523MPa. 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, são obtidos o nefograma de deformação por deslocamento e o nefograma de tensões equivalentes do sistema de engrenagens, a partir dos quais são obtidos os dados de máximo e mínimo e sua distribuição noengrenagem planetáriamodelo pode ser encontrado. A localização da tensão equivalente máxima é também a localização onde os dentes da engrenagem têm maior probabilidade de falhar, portanto, atenção especial deve ser dada a ela durante o projeto ou fabricação. Através da análise de todo o sistema de engrenagens planetárias, é superado o erro causado pela análise de apenas um dente da engrenagem.