Como mecanismo de transmisión, el engranaje planetario se utiliza ampliamente en diversas aplicaciones de ingeniería, como reductores de velocidad, grúas, etc. En el caso de los reductores de velocidad, puede reemplazar el mecanismo de transmisión del tren de engranajes de eje fijo en muchos casos. Debido a que el proceso de transmisión de engranajes es de contacto lineal, un engranaje prolongado puede provocar fallas, por lo que es necesario simular su resistencia. Li Hongli et al. utilizaron el método de mallado automático para el engranaje planetario y obtuvieron que el par y la tensión máxima son lineales. Wang Yanjun et al. también mallaron el engranaje planetario mediante el método de generación automática y simularon la estática y el análisis modal del mismo. En este trabajo, se utilizan principalmente elementos tetraédricos y hexaédricos para dividir la malla, y se analizan los resultados finales para comprobar si se cumplen las condiciones de resistencia.

1. Establecimiento del modelo y análisis de resultados

Modelado tridimensional de engranajes planetarios

Engranaje planetarioEstá compuesto principalmente por un engranaje anular, un engranaje solar y un engranaje planetario. Los parámetros principales seleccionados en este documento son: el número de dientes del anillo interior es 66, el número de dientes del engranaje solar es 36, el número de dientes del engranaje planetario es 15, el diámetro exterior del anillo interior es 150 mm, el módulo es 2 mm, el ángulo de presión es 20°, el ancho del diente es 20 mm, el coeficiente de altura del adendo es 1, el coeficiente de juego es 0,25 y hay tres engranajes planetarios.

Análisis de simulación estática de engranajes planetarios

Defina las propiedades del material: importe el sistema de engranajes planetarios tridimensional dibujado en el software UG a ANSYS y configure los parámetros del material, como se muestra en la Tabla 1 a continuación:

Mallado: La malla de elementos finitos se divide en tetraedros y hexaedros, y el tamaño básico del elemento es de 5 mm. Dado queengranaje planetarioEl engranaje solar y el anillo interior del engranaje están en contacto y engranan, el engrane de las partes en contacto y engranadas está densificado y el tamaño es de 2 mm. Primero, se utilizan mallas tetraédricas, como se muestra en la Figura 1. Se generan un total de 105906 elementos y 177893 nodos. Luego se adopta una malla hexaédrica, como se muestra en la Figura 2, y se generan un total de 26957 celdas y 140560 nodos.

Aplicación de carga y condiciones de contorno: según las características de funcionamiento del engranaje planetario en el reductor, el engranaje solar es el engranaje motriz, el engranaje planetario es el engranaje conducido y la salida final se realiza a través del portaplanetarios. Fije el anillo interior del engranaje en ANSYS y aplique un par de 500 N·m al engranaje solar, como se muestra en la Figura 3.

Procesamiento posterior y análisis de resultados: A continuación se muestran el nefograma de desplazamiento y el nefograma de tensión equivalente del análisis estático obtenidos a partir de dos divisiones de la malla, y se realiza un análisis comparativo. A partir del nefograma de desplazamiento de los dos tipos de mallas, se observa que el desplazamiento máximo se produce en la posición donde el engranaje solar no engrana con el engranaje planetario, y la tensión máxima se produce en la raíz del engranaje. La tensión máxima de la malla tetraédrica es de 378 MPa, y la tensión máxima de la malla hexaédrica es de 412 MPa. Dado que el límite elástico del material es de 785 MPa y el factor de seguridad es de 1,5, la tensión admisible es de 523 MPa. La tensión máxima de ambos resultados es menor que la tensión admisible, y ambos cumplen las condiciones de resistencia.

2. Conclusión

Mediante la simulación de elementos finitos del engranaje planetario, se obtienen el nefograma de desplazamiento-deformación y el nefograma de tensión equivalente del sistema de engranajes, a partir de los cuales se obtienen los datos máximos y mínimos y su distribución en elengranaje planetarioSe puede encontrar el modelo. La ubicación de la tensión equivalente máxima coincide con la ubicación donde es más probable que fallen los dientes del engranaje, por lo que se debe prestar especial atención a este punto durante el diseño o la fabricación. Mediante el análisis de todo el sistema de engranajes planetarios, se supera el error causado por el análisis de un solo diente.