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基于ANSYS的绞车减速器有限元分析

作者：张春堂 朱新安

来源：《中国科技博览》2016年第11期

[摘 要]通过在ANSYS软件中对无极绳绞车减速器进行静力学仿真分析，得到太阳轮—行星轮等效应力等值线图、太阳轮—行星轮等效应力等值线图，为无极绳绞车减速器的优化提供了理论依据。

[关键词]行星减速器 绞车 ANSYS 仿真

中图分类号：A52 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）11-0062-01 引言

煤矿运输是煤炭生产的重要组成部分，无极绳绞车车是一种新型高效的煤矿辅助运输设备。无极绳绞车操作简单、适应性强、一次性投资少、运行费用低，并且减轻了工人劳动强度，简化了运输环节，减少了不安全因素，实现了采区连续运输，带来了较好的经济和社会效益，是目前适合煤炭生产实际的煤矿井下高效辅助设备。无极绳绞车传动系统存在体积大、工作可靠性较差的问题，本文采用现代设计方法对其传动系统进行改进，在一定程度上解决了现有无极绳绞车传动系统的不足之处，具有生产指导意义。 1 无极绳绞车传动系统设计与模型建立

无极绳绞车传动系统的结构如图1所示，电机采用横向布置，经过一级直齿传动和一级封闭行星齿轮传动，最终将动力传递给滚筒。

通过MATLAB软件对该模型进行仿真，得到传动系统基本参数，并利用Pro-E软件建立该传动系统三维模型，如图2所示。

为提高绞车最终传动的效率、减少摩擦、节省能耗，本文以可靠度最大和行星齿轮传动的效率最大作为目标函数，并设立其约束条件，建立优化数学模型。 2 行星减速器网格划分与载荷施加

将Pro/E中建立的减速器模型导入ANSYS软件中，将模型中的材料属性进行定义，如表1所示。

本次分析在ANSYS中采用92单元自由划分的方法，采用单元大小控制网格密度，并手工控制齿轮接触部分网格密度，太阳轮和行星轮接触划分结果；内齿圈和行星轮接触划分结果。共生成单元数80204、节点数162341。

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定义接触对，并在太阳轮中心放置一个质量单元MASS21，将质量单元和太阳轮内孔面之间建立刚性区域，扭矩施加在刚性体单元上，通过刚性体传递扭矩载荷，避免了直接施加一对集中力而导致应力集中。对边界进行约束并施加载荷，得到太阳轮和行星轮接触边界及载荷施加图，见图5。内齿圈和行星轮接触边界及载荷施加图，见图6。 3 结果分析

施加边界约束和受力条件后，运用ANSYS Workbench对建立的模型进行求解，得到其等效应力和位移云图，并对其的应力和变形规律进行分析。

图7、图8分别表示太阳轮—行星轮等效应力等值线图、太阳轮—行星轮等效应力等值线图，通过等值线图，可以直观地看出不同方向上应力的分布梯度，最大应力分别为

208.573Mpa、141.651Mpa，发生在两齿相啮合部位，并靠近齿轮的分度圆。由从图7、图8等效等值应力云图中可以看出，只有单对齿啮合，其他部位都没有接触，最大应力位于两节圆附近，小于许用应力值1500MPa，接触强度满足要求。但同时该值比传统理论计算值略小，由此可以看出传统计算公式得出的齿面接触应力值偏大一些，也就是说工程实际中，按此结果进行校核和设计，偏安全。 4 结论

利用ANSYS建立了太阳轮与行星轮、内齿圈与行星轮接触应力计算有限元模型，对其进行应力学分析，得到太阳轮—行星轮等效应力等值线图、太阳轮—行星轮等效应力等值线图。通过图样我们发现接触强度均在允许范围内。该结果对于应用于煤矿的无极绳绞车车传动系统的设计提供了依据，对实际运行提供了可靠的分析结果。 参考文献

[1] 王眉林.无极绳牵引辅助运输系统研究[D].徐州：中国矿业大学，2005.

[2] 胡璟.JDHB型回柱调度绞车传动系统动态优化设计与研究[D].徐州：中国矿业大学，2007.

[3] 王海艳.JY60型运输绞车传动系统动态特性研究[D].徐州：中国矿业大学，2008.

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