塑料齿轮参数化设计及其弯曲应力分析.pdfVIP

塑料齿轮参数化设计及其弯曲应力分析 口 冯 玮 武汉理工大学 材料学院 武汉 430070 摘 要：介绍了利用Pro／EWildfire的Parameters和Relations命令进行塑料齿轮参数化设计的方法。并利用Pro／E Wildfire的Mechanica模块建立了塑料齿轮的有限元模型，进行了齿轮的弯曲应力分析。比较了不同塑料材料制造的齿轮 的受力变形情况，表明了采用添加玻璃纤维增强的PA66材料制造的齿轮变形量比未添加增强纤维材料齿轮的变形要小。 关键词：塑料齿轮 参数化设计 有限元模型 弯 曲应力分析 Pro／E 中图分类号：TH122；TH132．41 文献标识码：A 文章编号：1000—4998(2009)08—0019—03 随着 现 代材 料 科 学 的不 断发 展 ，利 用 工程 塑料 制 1．1．2 齿轮其他尺寸 的确定 造 的齿轮 ，由于质量轻 、成 型容 易 、传动 噪声低 、耐腐 齿轮其他尺寸包括分度圆直径、齿顶圆直径、齿根 蚀 、加工成本低 ，在汽车 、精密仪器 、家 电、玩具等行业 圆直径 、基 圆直径 、齿顶高 、分度 圆齿距 、齿根高等 ，这 获得 了广 泛 的应用 。 些尺寸可 由齿轮 的基本几何参数确 定 ，如表2所示 。 塑料齿轮 因传递运动和工作环境 的不 同 ，齿轮 的 衰2 塑料齿轮各几何尺寸参数之间的关系 大小和形状不 同 ，所选用材料不 同 ，则受力变形也不 齿轮几何参数 初始值 同。塑料 齿 轮 的参数 化 设计 是 利用 三 维造 型软件 Pro／ 齿顶高 h． h．：(hax+ )m EWildfire的参数化造 型功能来实现 ，目的是提高齿轮 齿根高 h hf=(hax+c一 )， 设计 效率 ，改善齿轮造 型精度 ，避 免齿轮反复造 型 。塑 分度 圆直径 d d= 料齿轮在 啮合传 动时，经常会 出现轮齿折断和齿顶磨 齿顶圆直径 d． =d+2h． 损 ，为 了提高使用寿命 ，齿轮在成型制造前 ，进 行有 限 基圆直径 d db=dcos(ang／e) 元分析 ，预测其受力和变形最大位置是非常必要 的。本 齿根圆直径 df df=d一2hf 分度 圆齿距 P p=1rm 文 利 用 Pro／EWildfire的结 构 分 析 模 块 Mechanica进 行齿轮 的弯 曲应力分析 ，通过选用不 同的材料分析齿 1．2 齿根 圆角半径 的确 定 轮 的受 力 和变 形 情 况 ，为 塑料 齿 轮 选 材 提供 了一定 的 齿根 圆角半径 的大小对轮齿折断 的失效形式影 响 依据 。 很 大 ，圆角半径 太 小 ，会 引起齿 根 的应 力集 中 ，降低齿 根 的强度 。根据齿轮设计标准 ，如果 hax≥1，齿根 圆角 1 塑料齿轮的参数化设计 半径 rf=0．38ITI，如果 hax1，齿 根 圆角半径 rf=0．46 m 【11 1．1 齿轮齿形参数 的分析