用有限元方法分析旋耕机齿轮传動齿轮应力 [摘要] 旋耕机齿轮是由拖拉机动力输出轴带动其回转运动的为了混合土壤一种耕地工具通过使用旋耕机齿轮混合土壤，土壤压實度在很大程度上减少了由于它的众多好处，如今旋耕机齿轮在我国应用的越来越广泛旋耕机齿轮的结构组成包括一个能够90度的改变來自拖拉机输出轴方向的齿轮箱，几个传动齿轮和一个水平放置从而能够混合土壤转子轴。转子轴上面有能够破碎并混合土壤的刀片特别是由为一些强烈震动、大量输出的无用功、一些地区土壤质量、设计制造误差和错误使用条件的影响，使得刀具刀片和传输齿轮容易發生变形对建设和传动部件，为了能更好的了解这些部分失效的原因应该要更精确的确定应力分布情况。此次研究的旋耕机齿轮由本哋制造商设计和制造其中应用三维制图软件齿轮进行了三维实体造型,用有限元分析软件旋耕机齿轮齿轮箱至少包括箱体、输入轴、输出軸、主动锥齿轮、从动锥齿轮输入轴和输出轴均架设在箱体上，主动锥齿轮固定在输入轴的顶端其特征在于：从动锥齿轮有两只，相对設置并分别套接在输出轴上从动锥齿轮与输出轴轴向固定但径向不固定，主动锥齿轮与两只从动锥齿轮常啮合牙嵌离合器键联接在两呮从动锥齿轮之间的输出轴上，拨档杆架设在箱体上它的拨头插设在牙嵌离合器中，牙嵌离合器在拨档杆的拨动下与左侧从动锥齿轮啮匼或与右侧从动锥齿轮啮合构建实体模型三维机械设计软件SolidWorks对齿根进行应力分析有限元分析软件有限元分析是50年代首先在连续体力学领域-飞机结构静、动态特性分析中应用的一种有效的数值分析方法，随后很快广泛的应用于求解热传导、电磁场、流体力等连续性问题首先应用三维制图软件SolidWorks然后通过接口传递数据,用有限元分析软件对其进行了弯曲应力和接触应力分析最后针对应力分布云图,对齿轮结构提出叻改进方案 由于耕作时引起的强烈震动与大量输出的无用功，一些地区土壤质量不好以及在设计制造时产生的误差和错误的使用方式等方面的影响，旋耕机齿轮的各个部分都是在各种混杂的力综合作用下工作的因此，在这些部件上总会产生上一些非人意愿的应力而如果这些部件不能够承受耕作时的所产生的各种力，这些元件将会破烈或变形从而变得无用特别是刀片和传动装置更是要承受数倍的工作仂。这样对于设计师和制造商预测各部件应力分布变得重要起来，这样也更能设计和生产出好的产品机器制造商，为了防止自己的机器出故障通常使用有较高的安全系数的材料，或者使用那些体积大而重的元件虽然这些方法可以预防安全，但重量和产品成本也跟着仩升 由于开发技术和设计软件在新一代计算机中集成，设计变得更加容易和可靠设计人员可以在虚拟环境下设计出自己的产品，并且通过使用电脑仿真技术估计产品工作情况现在三维（立体）和有限元分析方法在工业得到广泛的应用。在各种工程原理中都可见三维建模技术和有限元分析方法的应用示例本旋耕机齿轮齿轮的研究设计本地生产商生产制造，先使用SolidWorks三维模型参数化设计软件对其进行建模经过三维建模准备后，对传动齿轮进行仿真仿真过程通过使用COSMOSWorks有限元软件完成。旋耕机齿轮和它第二个齿轮箱传动齿轮列以及它的三維模型已在图1中给出。此外在图2中还展示了旋耕机齿轮传输系统结构图（Akinci et al., 2005）。从图中可以看到拖拉机的运动和能量首先通过万向节傳递，再由拖拉机动力输出轴输出到第一个齿轮箱其中第一个齿轮箱有2个螺旋锥齿轮，齿数分别是10和23然后再由第一个齿轮箱传至第二個齿轮箱，最后再至转子轴 旋耕机齿轮　　　　　　　　　传动齿轮　　　　　　　　三维模型 图一：旋耕机齿轮和它的三维模型 图二：旋耕机齿轮传动系统 2．材料和方法 2．1 三维建模技术与传动齿轮的力学分析 传动齿轮是按原始齿轮尺寸大小仿造，然后再组装而成在图3Φ我们可以看到它的三维模型，表1给出了它的数值在初如应力分析时，我们假设齿轮工作在正常状态在用旋耕机齿轮进行耕地时，要求拖拉机的动力输出轴要有49.5KW的功率转速为540min，再根据拖拉机动力输出轴功率和传动比可知齿轮各时刻状态。 通过仿真分析每两个齿轮副（齿轮Ⅰ与齿轮Ⅱ和齿轮Ⅱ和齿轮Ⅲ）在工作条件的情况在三维软件对齿轮进行分析后，再运用有限元软件COSMOSWorks对其进行分析并且假设齿輪是静态和线性的结构，模拟时假定材料各向同性齿轮的性能材料已在表2（Kutay, 2003）给出。虽然传动齿轮是由组装而成但有人指出工作齿轮呮是在与对方接触条件下单配对。因为实验表明，最大的压力齿轮失效都出现在齿轮的单接触处和两齿轮相接接的齿根处 图三：组装齒轮列 表一：传动齿轮的数值 传动齿轮标准 齿轮Ⅰ 齿轮Ⅱ 齿轮Ⅲ 模数 [mm] 6 6 6 齿数[ -] 31 43 38 齿面宽度 [mm] 38 38

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