Planetengetriebe werden als Übertragungsmechanismus häufig in verschiedenen technischen Bereichen eingesetzt, beispielsweise in Untersetzungsgetrieben, Kränen und Planetengetrieben. Sie können in vielen Fällen den Übertragungsmechanismus eines Festachsgetriebes ersetzen. Da es sich bei der Zahnradübertragung um eine Linienberührung handelt, führt ein längerer Eingriff zum Ausfall des Getriebes, weshalb seine Festigkeit simuliert werden muss. Li Hongli et al. verwendeten die automatische Eingriffsmethode zum Verzahnen des Planetengetriebes und stellten fest, dass Drehmoment und maximale Spannung linear sind. Wang Yanjun et al. vernetzten das Planetengetriebe ebenfalls mit der automatischen Generierungsmethode und führten eine statische und modale Simulation des Planetengetriebes durch. In dieser Arbeit werden hauptsächlich Tetraeder- und Hexaederelemente zum Aufteilen des Netzes verwendet und die Endergebnisse analysiert, um festzustellen, ob die Festigkeitsbedingungen erfüllt sind.

1. Modellerstellung und Ergebnisanalyse

Dreidimensionale Modellierung eines Planetengetriebes

Planetengetriebebesteht hauptsächlich aus Hohlrad, Sonnenrad und Planetenrad. Die in diesem Dokument ausgewählten Hauptparameter sind: Die Anzahl der Zähne des inneren Zahnkranzes beträgt 66, die Anzahl der Zähne des Sonnenrades beträgt 36, die Anzahl der Zähne des Planetenrades beträgt 15, der Außendurchmesser des inneren Zahnkranzes beträgt 150 mm, der Modul beträgt 2 mm, der Eingriffswinkel beträgt 20 °, die Zahnbreite beträgt 20 mm, der Kopfhöhenkoeffizient beträgt 1, der Spielkoeffizient beträgt 0,25 und es gibt drei Planetenräder.

Statische Simulationsanalyse von Planetengetrieben

Definieren Sie die Materialeigenschaften: Importieren Sie das in der UG-Software gezeichnete dreidimensionale Planetengetriebesystem in ANSYS und legen Sie die Materialparameter wie in der folgenden Tabelle 1 gezeigt fest:

Vernetzung: Das Finite-Elemente-Netz ist in Tetraeder und Hexaeder unterteilt, und die Grundgröße des Elements beträgt 5 mm. Da diePlanetengetriebeSonnenrad und Innenzahnkranz berühren sich und greifen ineinander. Das Netz der Kontakt- und Netzteile ist verdichtet und hat eine Größe von 2 mm. Zunächst werden Tetraedergitter verwendet (siehe Abbildung 1). Insgesamt werden 105.906 Elemente und 177.893 Knoten generiert. Anschließend wird ein Hexaedergitter verwendet (siehe Abbildung 2). Insgesamt werden 26.957 Zellen und 140.560 Knoten generiert.

Lastanwendung und Randbedingungen: Entsprechend den Arbeitseigenschaften des Planetengetriebes im Untersetzungsgetriebe ist das Sonnenrad das Antriebsrad, das Planetengetriebe das Abtriebsrad und der endgültige Abtrieb erfolgt über den Planetenträger. Fixieren Sie den inneren Zahnkranz in ANSYS und wenden Sie ein Drehmoment von 500 Nm auf das Sonnenrad an, wie in Abbildung 3 dargestellt.

Nachbearbeitung und Ergebnisanalyse: Das Verschiebungs- und das Vergleichsspannungsdiagramm der statischen Analyse, die aus zwei Gitterteilungen gewonnen wurden, sind unten aufgeführt und werden einer vergleichenden Analyse unterzogen. Aus dem Verschiebungs- und Vergleichsspannungsdiagramm der beiden Gitterarten geht hervor, dass die maximale Verschiebung dort auftritt, wo das Sonnenrad nicht mit dem Planetenrad kämmt, und die maximale Spannung an der Wurzel des Zahnradeingriffs auftritt. Die maximale Spannung des Tetraedergitters beträgt 378 MPa, die des Hexaedergitters 412 MPa. Da die Streckgrenze des Materials 785 MPa und der Sicherheitsfaktor 1,5 beträgt, beträgt die zulässige Spannung 523 MPa. Die maximale Spannung beider Ergebnisse ist geringer als die zulässige Spannung und beide erfüllen die Festigkeitsbedingungen.

2. Fazit

Durch die Finite-Elemente-Simulation des Planetengetriebes werden das Verschiebungsdeformations-Nephogramm und das äquivalente Spannungs-Nephogramm des Getriebesystems erhalten, aus denen die maximalen und minimalen Daten und ihre Verteilung in derPlanetengetriebeModell gefunden werden. Der Ort der maximalen Vergleichsspannung ist auch der Ort, an dem die Verzahnung am wahrscheinlichsten versagt. Daher sollte diesem Ort bei der Konstruktion oder Fertigung besondere Aufmerksamkeit gewidmet werden. Durch die Analyse des gesamten Planetengetriebesystems wird der Fehler, der durch die Analyse nur eines Zahns entsteht, vermieden.