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行星齒輪減速機運行體系基于新方法的可用性能探討

編輯:正名機械發(fā)布時間:2019-04-13

  1研究采用新材料(Material)的齒輪的可靠性,必須進行齒輪的全壽命試驗,這就需要選擇(xuanze)大量高精度(精確度)齒輪樣本進行試驗,并浪費大量工作時間進行概率分布統(tǒng)計規(guī)律分析(Analyse)。齒輪減速電機利用各級齒輪傳動來達到降速的目的.減速器就是由各級齒輪副組成的.比如用小齒輪帶動大齒輪就能達到一定的減速的目的,再采用多級這樣的結(jié)構(gòu),就可以大大降低轉(zhuǎn)速了。
  虛擬樣機技術(shù)是近幾年發(fā)展起來的,基于智能設(shè)計技術(shù)、信息技術(shù)、多媒體/虛擬現(xiàn)實技術(shù)、仿真工程(Engineering)、系統(tǒng)技術(shù)和管理技術(shù)的先進技術(shù),它以計算機仿真和建模技術(shù)為支持,利用虛擬產(chǎn)品模型,使產(chǎn)品在實際加工之前即對產(chǎn)品的性能、行為、功能和產(chǎn)品的可制造性進行預(yù)測,從而完成設(shè)計裝修方案(fāng àn)的評估和優(yōu)化。因此,虛擬樣機技術(shù)能夠完成虛擬產(chǎn)品設(shè)計、虛擬系統(tǒng)裝配、虛擬系統(tǒng)測試(TestMeasure)、優(yōu)化分析等多方面的工作,大大縮短了產(chǎn)品的設(shè)計周期,節(jié)省了產(chǎn)品設(shè)計費用。在虛擬樣機軟件中,ADAMS軟件最具有權(quán)威性,是機械系統(tǒng)使用范圍(fàn wéi)最廣的運動學(xué)、動力技術(shù)虛擬分析軟件。本文介紹利用ADAMS虛擬樣機軟件對齒輪可靠性進行研究,為齒輪的可靠性研究提供新思路。
  2虛擬樣機技術(shù)研究
  2.1齒輪動力學(xué)仿真(simulation)研究
  采用ADAMS軟件的齒輪虛擬樣機技術(shù)路線。齒輪設(shè)計必須考慮齒輪工作的環(huán)境,如溫度、壓力、環(huán)境腐蝕性等,根據(jù)環(huán)境選擇合適的材料,并對材料進行力學(xué)、化學(xué)等基本性能分析。
  ADAMS并沒有提供齒輪模塊,所以,必須利用其它三維造型軟件,如Pro/Engineer完成齒輪虛擬樣機設(shè)計。
  虛擬樣機系統(tǒng)仿真分析主要包括系統(tǒng)裝配設(shè)計與分析和系統(tǒng)工作仿真設(shè)計與分析,這些可通過ADAMS軟件完成。齒輪減速機是我國廣泛運用在華東地區(qū)、華東地區(qū)、用于塔引入式起重機機械的回轉(zhuǎn)機構(gòu),廣泛應(yīng)用于冶金、礦山、起重、運輸、水泥、建筑、化工、紡織、印染、制藥等領(lǐng)域。虛擬樣機的系統(tǒng)裝配設(shè)計與分析內(nèi)容包括虛擬樣機的組裝、造型,調(diào)整以及系統(tǒng)的靜態(tài)干涉巡查分析等;確立零件之間合理的層次(機構(gòu)的等級)結(jié)構(gòu)和空間定位關(guān)系;建立虛擬樣機的總體幾何模型和物理模型,直觀地展示虛擬樣機裝配過程中零件的運動形態(tài)和空間位置關(guān)系。
  虛擬樣機系統(tǒng)工作仿真設(shè)計與分析完成虛擬樣機系統(tǒng)運動學(xué)和動力技術(shù)分析以及系統(tǒng)的動態(tài)干涉檢查等,主要步驟有:
 ?。?)系統(tǒng)的初始狀態(tài)確定,包括(bāo kuò)齒輪對所受外力、計算自由度,保證主動力的數(shù)目與系統(tǒng)自由度數(shù)目相等;
  (2)系統(tǒng)運動求解的參數(shù)設(shè)定,即指定齒輪以及齒輪對運動求解所需的時間、受力情況,系統(tǒng)求解參數(shù),如位移、速度、加速度、作用力等;
 ?。?)運動求解,按照指定的參數(shù)計算齒輪對全部的運動,生成運動過程(guò chéng)各零、部件的運動動畫和參數(shù);
 ?。?)運動仿真(simulation)分析,分析虛擬樣機的運動數(shù)據(jù)(data)及動畫結(jié)果。
  鑒于篇幅關(guān)系,在此不再給出詳細的GOOGLE PRo/Engineer幾何造型過程(guò chéng)以及ADAMS軟件中齒輪(Gear)嚙合的運動學(xué)和動力技術(shù)分(credit)析過程。利用ADAMS軟件的齒輪虛擬裝配后虛擬造型。ADAMS軟件完成的齒輪嚙合運動虛擬仿真結(jié)果。
  2.2齒輪(Gear)虛擬樣機可靠性分析
  ADAMS軟件完成的齒輪嚙合的動力學(xué)分(credit)析過程,得到了齒輪的應(yīng)力-時間(F - t)曲線。將該曲線輸入到軟件ANSYS中,利用該軟件的有限元分析功能,進行實際工況下齒輪應(yīng)力-應(yīng)變分析,確定出多級應(yīng)力水平下的齒輪應(yīng)力循環(huán)特性,得到可靠性-應(yīng)力-壽命(lifetime)曲線,記為R - S - N,也記為P - S - N曲線,確定出齒輪的壽命。根據(jù)R - S - N的關(guān)系,把上述計算的壽命數(shù)據(jù)和試驗數(shù)據(jù)換算到同一應(yīng)力水平下。以42CrMo材料的齒輪(齒面淬火)為例,齒輪虛擬樣機的彎曲疲勞虛擬可靠性計算數(shù)據(jù)。
  表的數(shù)據(jù)是42CrMo材料(Material)的齒輪(Gear)通過電磁諧振疲勞試驗機測得的數(shù)據(jù)。對比的數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn):
  虛擬樣機計算出來的數(shù)據(jù)普遍高于試驗得到的數(shù)據(jù),即齒輪過預(yù)測的壽命值普遍偏高。
  究其原因,主要是由于在齒輪虛擬樣機進行虛擬仿真分析時完全忽略了真實物理齒輪的表面粗糙度、齒輪的加工質(zhì)量、加工誤差、齒輪嚙合間距誤差以及齒輪加工以及齒面淬火引起的應(yīng)力等因素的影響。
  3結(jié)論
  1)利用Pro/Engineer完成齒輪虛擬樣機的三維造型,利用ADAMS軟件可以完成齒輪虛擬樣機的虛擬裝配,模擬多種工況條件下齒輪嚙合運動學(xué)、動力學(xué)分析。硬齒面齒輪減速機傳動的效率是所有傳動式中效率最高的一種,其效率比蝸桿傳動要高的多。齒輪減速機的效率主要由齒輪及軸承的摩擦決定。
  2)真實齒輪疲勞壽命試驗需投入大量人力、物力和財力,歷經(jīng)很長的時間,ADAMS軟件可以在比較短的時間內(nèi)完成齒輪的動力學(xué)仿真分析。
  3)盡管虛擬樣機模擬得到的齒輪壽命與齒輪疲勞試驗存在一定的偏差,但從這些數(shù)據(jù)上可以大致了解實際齒輪的壽命分布概況。
  4)不同材料的齒輪可靠性試驗,虛擬樣機仿真(simulation)工作只需調(diào)整ADAMS軟件的參數(shù)即可,不必準備真實齒輪樣本。
  因此,ADAMS軟件在齒輪(Gear)可靠性的應(yīng)用為齒輪可靠性研究提供重要的參考價值,也為復(fù)雜機械系統(tǒng)的可靠性研究提供了一種新的思路,在實際工程中有切實的意義。


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