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考虑齿面缺陷的重载齿轮有限元分析

· 机械制造 · 闫晓青,等 ·考虑齿面缺陷的重载齿轮有限元分析 考虑齿面缺陷的重载齿轮有限元分析 闫晓青 ,郑圣义 ,张全力 ,季薇 (河海大学 a.能源与电气学院.b.水电学院,江苏 南京 210098) 摘 要:以某水电站卷扬式闸门启闭机中的传动齿轮为例,应用大型有限元分析软件 ANSYS 建立了齿轮接触仿真分析模型。利用 ANSYS面一面接触单元进行了齿面不同位置缺陷的仿真 分析,计算了齿轮的接触应力和接触变形,得出了存在铸造缺陷齿轮的应力、应 变分布规律 ,分 析比较了考虑齿面缺陷齿轮与理想齿轮应力、形变的差异。结果表明,齿面不同位置缺陷对重 栽齿轮性能有不同影响,该方法对控制齿轮加工制造过程中缺陷、提高齿轮强度和可靠性设计 提供 了重要依据 。 关键词:重载齿轮 ;缺陷;ANSYS;有限元法;应力集中 中图分类号:TH132.4 文献标志码:B 文章编号:1671—5276(2012)06—0031-05 Finite Element Analysis of Heavy.1oad Gears W ith Surface Defect YAN Xiao.qing .ZHENG Sheng—yi ,ZHANG Quan.1i ,JI Wei (a.Colege of Energy and Electrical Engineering;b.Colege of Water Conservancy and Hydropower Eng,Hohai University,Nanjing 210098,China) Abstract:According to the gear of water gate s hoister in a hydropower st~ion,the contact simulation analysis model of the gear is established by using ANSYS finite element analysis software in this paper.The surface to surface contact elements of ANSYS are used for simulating the diferent location defect of gear surface and calculating the tooth deformation and contact stress of the gear. And the diference between the perfect and defective geam is analyzed.The results show that the defect has efect on the heavy。 load gear.Thus,it provides important basis for controling the gear defect and improving its strength and reliability qreatly. Key words:heavy -load gear;defect;ANSYS;finite element methods;stress concentration 0 引言 齿轮是卷扬式启闭机中重要的传动机构。随着水利 、 水电工程的快速发展 ,闸门的孑L口尺寸和设计水头不断提 高和增加,作为闸门配套设备启闭机的启闭力也随之增 大,因此齿轮的承载力也增大。根据《水利水电工程启闭 机设计规范》⋯,启闭机中大小齿轮材料选择与热处理硬 度要考虑齿轮配对的要求 ,当齿轮的荷载较大时应对齿轮 的齿面接触强度、齿轮弯曲强度和热处理工艺进行专门研 究,确保齿轮安全可靠。但在齿轮加工铸造过程中难免会 产生气孔、砂眼及缩孑L ,而在现行 的有限元分析中并未 考虑。鉴于此,本文应用有限元分析软件 ANSYS建立齿 面不同位置缺陷有限元模型,计算了考虑铸造缺陷的轮齿 应力场分布并分析了其力学性能。对控制齿轮加工铸造 过程中的缺陷、最大限度改善齿轮力学性能提供了重要 依据。 质量为 800x10 kg,其孔口尺寸为9.8 mX10.5 mX12.1 m (高x宽x支臂长),每扇门都布置了2x800xl0 kg固定卷 扬式启闭机系统,启闭机工作级别为 Q4级。 启闭机大小齿轮齿顶直径分别为 2 000 mm,300 Film, 材料分别为 ZG40Cr,65Mn,热处理后 踏面硬度分别 为 HB180—210、HB229—285。启闭机齿轮装置结构如图 1 所示 图 1 卷扬式闸门启闭机齿轮装配图 1 有限元模型的建立 1.2 建立齿轮三维实体模

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