Проверочный силовой расчет зубьев планетарной ступени редуктора с использованием пакета ANSYS

Силовой расчет в ANSYS планетарной передачи обеспечивает подробную картину напряженно-деформированного состояния всех элементов зацепления. Используемая программа позволяет с иных позиций, чем в случае применения классического метода, взглянуть на расчет. Основной принцип заключается в том, что упрочненные цементацией зубья — это элементы конструкции с остаточными напряжениями, физическая природа которых определяется структурой материала и геометрическими параметрами изделия. Остаточные напряжения складываются с напряжениями от внешних нагрузок. При расчете зубья рассматриваются как биметаллическая конструкция: цементованный слой — часть конструкции из высокопрочного материала, чувствительного к концентраторам напряжений, и сердцевина — из материала среднего уровня прочности, малочувствительного к концентраторам. Цементованный слой отделен от основной части зуба зоной растягивающих напряжений, но между ними не существует межфазной границы. Под действием внешних нагрузок в основании ножки зуба с зоной растягивающих напряжений образуется слабое место с наибольшими растягивающими напряжениями, которые и определяют допускаемые напряжения при изгибе в зависимости от уровня прочности цементуемой стали. По касательным напряжениям в зоне контакта в пересчете на изгибную выносливость оценивается допускаемая контактная нагрузка. Глубина максимума касательных напряжений определяет минимальную толщину слоя цементации. Проведенный анализ напряженно-деформированного состояния планетарной передачи показал существенно меньший уровень действующих напряжений в косозубой передаче. В контактах колес изменяется и преобладающий вид напряженного состояния. Зубья сателлитов в обоих типах планетарныхпередач не нагружаются по симметричному циклу. Для колес с внутренним зацеплением по условиям прочности вполне можно применять алюминиевые сплавы.

Литература

[1] Каратушин С.И., Бильдюк Н.А., Плешанова Ю.А., Бокучава П.Н. Проверочный силовой расчет в ANSYS зубчатого зацепления. Известия высших учебных заведений. Машиностроение, 2015, № 3, с. 27–34.

[2] Чернышев Г.Н., Попов А.Л., Козинцев В.М. Полезные и опасные остаточные напряжения. Природа, 2002, № 10, с. 17–24.

[3] Динь П.Д. Разработка методики определения параметров упрочнения цементацией зубчатых колес при ремонте. Молодой ученый, 2013, № 8, с. 85–88.

[4] Павлов В.Ф. О наибольшей величине остаточных напряжений в упрочненных деталях. Математическое моделирование и краевые задачи. Тр. 6 Всерос. науч. конф. с междунар. участием (1–4 июня 2009 г.), Самара, 2009, с. 186–189.

[5] Берендеев Н.Н. Применение системы ANSYS к оценке усталостной долговечности. Нижний Новгород, Изд-во НГУ им. Н.И. Лобачевского, 2006. 83 с.

[6] Надаи А. Пластичность и разрушение твердых тел. Москва, Изд-во Мир, 1969, т. 2, 864 с.

[7] Batista A.C., Dias A.M., Lebrun J.L., Le Flour J.C., Inglebert G. Contact fatigue of automotive gears: Evolution and effects of residual stresses introduced by surface treatments. Fatigue and Fracture of Engineering Materials and Structures, 2000, vol. 23, iss. 3, pp. 217–228.

[8] Джонсон К. Механика контактного взаимодействия. Москва, Мир, 1989. 510 с.

[9] Овсенко А.Н., Серебряков В.И., Гаек М.М. Технологическое обеспечение качества изделий машиностроения. Москва, Янус-К, 2003. 296 с.

[10] Кирпичев В.А., Букатый А.С., Филатов А.П., Чирков А.В. Прогнозирование предела выносливости поверхностно упрочненных деталей при различной степени концентрации напряжений. Вестник УГАТУ, 2011, т. 15, № 4(44), с. 81–85.

[11] Алиева С.Г., Альтман М.Б., Амбарцумян С.М., Ананьин С.М. Промышленные алюминиевые сплавы: справочник. Москва, Металлургия, 1984. 528 с.