Моделювання НДС елементів планетарної передачі

В даній статі описана робота по розрахунку контакту зубчатих коліс планетарного редуктору в Ansys Workbench 14.0. 

Планетарна передача (планетарний механізм) — механічна передача на основі зубчастих коліс, у якій геометричні осі одного або декількох коліс (сателітів) є рухомими. Застосовуються у транспортних і вантажопідйомних машинах, приводах станків і т. д.

Деформації й напруження, що виникають при взаємному натисканні двох дотичних тіл, називають контактними. Внаслідок деформації в місцях зіткнення елементів конструкції передача тисків відбувається по досить малих площадках. Матеріал поблизу такої площадки, не маючи можливості вільно деформуватися, випробовує об'ємний напружений стан.

Контактні напруження мають явно місцевий характер і досить швидко убувають у міру видалення від місця зіткнення. Незважаючи на це, досліджувати контактні напруження й деформації необхідно для рішення питань міцності багатьох відповідальних деталей. До таких деталей ставляться, наприклад, кулькові й роликові підшипники, зубчасті колеса, елементи кулачкових механізмів, колеса рухомого состава, рейки, кульові й циліндричні котки й т.д.

При проведенні інженерного аналізу можна виділити такі етапи:

·       Розробка моделі. На даному етапі підготовлюється геометрична модель, задається матеріал та його властивості, генерація скінченно-елементної сітки.

·   Налаштування вирішувачу та рішення. На даному етапі задаються необхідні налаштування вирішувачу, параметри, забезпечуючи збіжність ітераційного процесу.

·   Обробка результатів. На даному етапі отримане численне рішення  задачі використовується для візуалізації розподілу фізичних величин.

Для початку необхідно імпортувати заздалегідь підготовлену модель. В нашому випадку модель була підготовлена в програмному комплексі SolidWorks та збережена в нейтральному форматі.

В «Engineering Data» обираємо «Structural Steel» та вказуємо, що:

·        Модуль Юнга дорівнює 2е+11 Па;

·        Коефіцієнт Пуассона – 0.3;

Відкриваємо вкладку «Model» в налаштуваннях контакту виставляємо:

·        Контакт з урахуванням тертя;

·        Коефіцієнт тертя дорівнює 0.15(стандартний коефіцієнт для зубчатих передач виготовлених зі сталі);

·        Характеристика прикладання навантаження – симетричне;

В вкладці «Joints» вказуємо, що в нас закріплення, яке дозволяє обертатись колесові тільки навколо осі Z.

Для розбиття сітки використовувався «Sweep Method». В даному методі використовуються переважно прямокутні та трикутні елементи(Рисунок 1-2).

Рисунок 1 - СЕ модель

Рисунок 2 - СЕ модель в зоні контакту

В результаті генерації СЕ моделі ми отримали:

·        Вузлів – 130 тис.,

·        Елементів – 28.4 тис.

Тепер розглянемо отримані результати(рисунок 3-6).

 Рисунок 3 - Total Deformation

Рисунок 4 – Contact pressure

Рисунок 5 –Equivalent Stress

Рисунок 6 – Напружений стан в зоні контакту

Таблиця 1. Вивід результатів

Кількість візлів	Переміщення, мм	Еквівалентне напруження, МПа	Контактні напруження, МПа
130 тис. вузлів	0.0118	395.65	438.28

Якщо, у вас виникла необхідність порівняти результати отримані в Ansys Workbench та наприклад Герцом, треба врахувати нерівномірність розподілу навантаження.

Як, результат можна сказати, що найбільші напруження виникають в крайових ефектах. Отримані результати задовольняють поставлені вимоги та свідчать про можливість експлуатації даної зубчатої передачі.