中国科技信息２Ｏ０８年第２２期 ＣＨＩＮＡ ＳＣＩＥＮＣＥ ＡＮＤ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ Ｎｏｖ．２００８ 项目资助：宁夏回族自治区科技攻关计划项目１．５ＭＷ以上风电机组齿轮箱有限元分析 及整机虚拟样机、模拟试验的研究（２００７ＧＧ０４９） ＿ ｜ｔ 问及计算时间，保证计算精确度，在对分 析结果不会产生过人影响的条件下，可以略 掉某些次要细节部分，仅考虑大部分主要 因素进行建模，如凸台、全部螺栓孔等都 被忽略。并且在Ａ ＮＳＹＳ Ｉ｝１画出齿轮内 孔。 ｌ； ｌ 齿轮的接触分析 孙黎’谷风民’杨勇 王春秀’ １、宁夏大学机械工程学院 ７５００２１ １．２有限元模型的建立 本计算采用四节点面单元Ｐｌａｎｅ１８２进 行网格划分。利用Ｍｅｓｈｔｏｏｌ自由化分， Ｓｍａｒｔ Ｓｉｚｅ采用默认６，这个数值是定义 网格划分时智能尺寸的等级，包括１～１０ 级，划分网格越来越粗；并对网格进行局部 细化。分网后的有限元模型如图１所示。 ２、天津汽车模具股份有限公司 ５０００００ ２定义接触对 加载并求解 ２．１定义接触对 涉及到两个边界的接触问题，对于刚 体柔体的接触，“目标”面总是刚性的， “接触”面总是柔性面，这两个面合起来叫 作“接触对”，程序通过相同的实常收号来 、 识别“接触对”。由于小齿轮表面刚度比大 齿轮稍大，所以定义太阳轮为目标面，行星 轮为接触面。利用ＡＮＳＹＳ接触向导将可能 有接触的位置设置为接触对，如图２所示， 璃ｉ 饕 ｜ ｜０ ｜孽｜＿ ＿ 警 ｌ 结果是否收敛，是否出现单元溢出。这对 ＿啮合的齿轮巾，小齿轮是太阳轮，大齿轮 是行星轮，各自参数见表１。 采用材料１７ＣｒＮｉＭｏ６合金钢，是硬齿 面齿轮的代表性钢种。其部分参数为：杨氏 模量ＥＸ ２．１０ｅ５ ＭＰａ，密度Ｐ－￣７９３０ｋｇ／ ｉＴＩ ，泊松比 ０．３。因为直齿轮问题可以 转换为平面应力问题，而ＡＮＳＹＳ中建立齿 轮模型比较麻烦，所以利用其完善的接口 技术；首先在ＣＡＸＡ电子图板里面利用齿 轮库建立齿轮线型图，再以ＩＧＳ文件格式 导入到ＡＮＳＹＳ中。 １．１模型简化 模型简化时，为适当减少所需内存空 运用ＣＡＸＡ电子图板和有限元分析软件ＡＮＳＹＳ 进行建模，对某大型风力发电机齿轮箱内部 某对啮合齿轮模型作了接触应力分析，并与 传统计算结果对比以确定ＡＮＳＹＳ接触分析的可 信性，最后得到相应分析结论。 美镇 § ｌｌ ＿ ＇ ｌｌ ｌＣＡＸＡ电子图板；ＡＮＳＹＳ；大型风力发电机； 齿轮；接触分析 目标单元采用ＴＡＲＧＥＬ１６９，接触单元采用 ＣＯＮＴＡＣＴ１ ７２１ 。 ２．２定义关键字和实常数 程序使用９个实常数和多个单元关键 字来控制而～面接触 元的接触行为。每 种接触单元有相应的关键字，对大多的接 １齿轮有限元模型建立 小文做的足某兆见级风力发电机齿轮 箱中行星增速级的太阳轮和单个行星轮啮 合时的接触分析Ｉ 。对直齿轮进行有限元分 析时，建立力学模型是分析的第一步，建模 的合理Ｌｊ否也决定着接触边界迭代求解的 一 表１齿轮参数 爹敛名 村 中， 距ａ 鲫＇ 太阳艳 开星轮 ｌ７ＣｒＩ＇ｌ１Ｙｏ ４１ ４ ｋ￡姒 齿 ２ ｍｍＩ， 缝馘： ：０ ３６０ ２０， 自｛‘ｌ 蚰 § ． 札２… ｌ螂‘扑“９， ｛ ”０， 啪轴‘ 棱最帆 ２Ｓ 图４齿轮等效应力图 『 ｆ Ｉ 娈垃彖蕺 蓝顾高系翦Ｈａ 璇隙系数 ｎ Ｆ ｉ ０ ０ ２Ｓ ｌ ５ｊ ０ ４７９ ｌ ０ ０：５ ｌ５５５ Ｉ接触疰势Ｉ 甩应力ｏ 图２定义接触对 图１有限元模型图 图３施加约束的有限元模型 图５齿轮接触应力图 １４０ 触问题默认的关键字是合适的。相关实常 数设置如下：法向接触刚度因子ＦＫＮ：１． ０，最大渗透范围ＦＴＯＬＮ：０．１，初始靠近 因子ＩＣＯＮＴ：１Ｅ １０，最大的接触摩擦 ＴＡＵＭＡＸ：：１．０Ｅ２０。 土壤毒、５８页 ［１］孙黎，王碧石，王春秀 大型风力发电机 齿轮箱的有限元分析［Ｊ】．华东电ｈ．２００８（７）： ７４－７５． ２．３施加位移载荷和边界条件 分析齿轮接触应力，采用固定一个齿 轮，然后给另一个齿轮施加转角位移的方 式实现模拟两齿轮问相对转动。本分析中 ［２】周秦源，孔远翔，米建龙等．基 于Ｐｍ／Ｅ和 ＡＮＳＹＳ￣齿轮接触应力的有限元分析［Ｊ］．沈 阳航空工业学院学报．ｚｏＯｒ（８）：５４．＿＿Ｉ５６． ［５】王庆五，左萌瑚仁喜．囊ＮＳｙＳ１Ｏ．０机械设 计高级应用实例（第２版）［Ｍ］．北京：机械 ｌ韭电粮社．２００６ 种界面来连接微处理机，ＨＨ ８位并行及串行 两种连接方式；具有多种功能，如光标显 示、画面移位、睡眠模式等。 ３软件设计 软件是系统的重要组成部分，在设计软 件时，主要从确保系统精确度，提高系统反 应速度、稳定性及高效实时控市ｌＪ等几方面 出发。系统用ｃ语言编写液晶显示菜单，同 时显示给定值与实际输出测量值，液晶显 示稳定可靠。键盘扫描程序通过读取不同 的键值实现１ｒ步进ｌｍＡ，１０ｍＡ和１００ｍＡ 分级“＋”，“”可调，实现了系统的精确控 制，提高了效率。另外，系统主程序中加入 了数字滤波，可以满足测量误差的要求。 软件实现的功能： （１）完成ＡＤ和ＤＡ转换 （２）控制液晶显示 （３）读取按键键值 载荷为太阳轮的转角位移，位移边界条件 是太阳轮内孔边缘节点的径向位移固定， 行星轮内孑Ｌ边缘节点的各向位移固定，见 图３。注意：要在主坐标系下各施加边界条 件Ｉ Ｉ。 ２．４设置求解选项并求解 对于非线性问题ＡＮＳＹＳ的方程求解 器采用带校正的线性近似来求解。它将载 倚分成一系列的载荷向量，可以在几个载荷 步内或者一个载荷步的几个子步内施加。 本分析采用一个载荷步，最大迭代次数为 ２０进行分析。根据结果收敛批示图，可以 判断出结果是收敛的。 ［４】段进，倪栋，王国业．ＡＮＳＹｓ１０．Ｏ结构分析 从入门到精通．北京：兵器工业出版社．北京 电亍聃海电救社２００６． ＊｜ 第１矾页 （３）可定义材料、模具和周围环境 之间的热交换； （４）能够模拟锻造过程中材料横向流 动的横挤效应； （５）可任意选择２Ｄ或３Ｄ的锻造过程 分析，并具有结果可视化和动画处理功能； （６）通过模拟锻造过程，设计人员可 以掌握模具温度、压机特性、温度环境以及 湿润条件对锻造过程的影响，明晰包括材 料流动、飞边形状、缺陷、模具载荷等锻造 工艺。 ２．２热锻模具的制造 ４结论 测试结果表明：系统电流输出范围 ２０—２０００ｍＡ，满足系统设计要求。电流输 出变化绝对值在０．１％＋ｌｍＡ以内，通过测 量负载电阻上电压交流分量测得的纹波电 流小于２ｍＡ。另外，还测得液晶显示误差 的绝对值小于测量值的０．１％＋１个字；输出 ３查看结果及分析 求解完成后，利用ＡＮＳＹＳ生成的结果 文件进行后处理。接触是非线性静力分析， 采用通用后处理器ＰＯＳＴ１处理和显示感兴 趣的结果数据Ｉ １。 １）查看ｙｏｎ Ｍｉｓｅｓ ｓｔｒｅｓｓ等效应力 图４就是等效应力图，可以得到最火应 力值为８０８．８０４ＭＰａ。 ２）查看接触应力 图５是接触应力图，可以得到最大应力 值为ｌ １５５ＭＰａ，通过对照表１数据可知在许 用范围之内，并且通过传统计算方法得到 的接触应力为ｌ２１５．０７Ｍｐａ，两者相差不到 ５％，足可验证ＡＮＳＹＳ分析结果的可信度。 电压１５Ｖ以下系统可稳定运行，并且负载 变化时电流基本不变。 锻造模具的设计依据锻造工序变形图 以及锻造机的相关尺 １｜进行，模具的设计 与制造一般按照图２的流程展开ｌ６】。 在锻造曲轴时，成形面压大，模具一 般采用预应力结构（即多套装式），模芯采 用超硬合金材料ＷＣ。由于超硬合金材料 价格高且不易加工，在粉末冶金阶段直接 做成接近模腔形状只留出０．５ｍｍ的加工余 量，采用磨削和电火花的加工方法。 毒满交馘００ ０ 社ｉ２０００ ｌｌ 一羞 …１戴先中．过程控制系统 机械工业出版 ［２］王选．模拟电子技术．机械工业出版社． ２ＯＯ３ ［５］余文杰．自动控制原理．华南理工大学 出版社．２００；５ ４总结 （１）利用有限元理论和ＡＮＳＹＳ软件能 有效的进行一对齿轮的接触模拟仿真，这 样可以减少实验费用，提供可信的分析结果， 将为齿轮的动态分析、优化设计和可靠性 设计打下基础。根据操作者有限元和齿轮 知识的丰富程度，完全可以做更深入的分 析和仿真模拟。 （２）在利用ＡＮＳＹＳ分析软件做接触分 析时，建模一定要合理，否则计算结果很难 收敛。另外，设定合适的实常数也是影响结 果的重要因素之一。 （３）齿轮在转动过程中，啮合部位其实 是在发生变化的，因此齿轮的接触应力也 在时刻发生变化，经过多次试验，分析时候 设置接触区域为单个齿廓接触时接触应力 最大，接触应力为１３０６ ＭＰａ，所以最好也 进行这种情况的分析，以确保结果的可靠 性和全面性。 ３结束语 在汽车曲轴热锻模具的制造中，选用 ５Ｃｒ２ＮｉＭｏＶＳｉ热作模具钢能有效地保证模 具高的淬透性、热疲劳性、热安定性等特 性，采用ＭＳＣ．ＳｕｐｅｒＦｏｒｇｅ锻造模拟仿真 软件能事先分析锻造过程中各工艺之间锻 件的变化，对提高锻造质量、模具寿命和生 产效率具有良好的作用。 ｉｉ：ｉｉ《上接第１；５９页 的安全运行。我国现有许多稀油密封干式 煤气柜，在生产运行过程中部将遇到密封 油指标恶化、密封油泄漏量增加及密封油 的更换问题。密封油在线改良技术，为加强 稀油密封干式煤气柜的管理提供ｒ一很好 的尝试。重要的是，这种方法既能保障安 全、解决问题，又不影响正常生产，效果ｆ一 分明显。 ［１１史正良，刘金龙．热作模具钢的选择与 ］应用［Ｊ］．煤矿机械．２ｏｏ７ｉ １２（２８）：ｉ２，６—１２８ ［２］朱宗元等．我国模具钢及其热处理工 艺和标准的发展现状［Ｊ］．理化检验：２００７ 蜗：、４１－１ ． 奄 ０＿ ＿０ ０ ０ ｌｌ ｌ＿ ［１］魏萍，程振南．燃气作业人员安全技术 培训教材［Ｍ］．北京：中国建材工业出版社． １９９９：２７６－２７７． 撵 静文０ ０ ◆ Ｉ ｌｌ＿ ＿ｉ 嘲关勤勤．Ｈ１ 材料的性能及其应用研 究［Ｊ］＿机械工程师。，２００４（８）：５７￣５８． 牛利民本科学历注册安全工程师安全评 价师车间副主任 １４１
