移转型起重机作业构件齿轮的新型式解析

　　　　用有限元法进行面面接触分析的基本步骤如下：1)建立三维实体模型，划分网格;2)识别接触对;3)定义刚性、柔性接触面;4)设置单元关键字和实常数;5)定义/控制刚性目标面的运动;6)给定边界条件;7)定义求解选项和载荷步;8)数值求解;9)查看计算结果。

　　实体模型给定斜齿轮的基本参数，在Pro/E2001上建立斜齿轮的三维精确模型。再在Pro/E的Assembly文件中将两个齿轮进行标准安装，设置中心距为129mm.因为此时没有产生接触变形，可以通过Analysis/ModelAnalysis/GlobalInterference来检查两个齿轮间是否存在干涉。

　　单元选择与网格划分将模型倒入ANSYS中，选用SOLID45单元对大齿轮进行单元划分，选用接触单元CON-TA173对大齿轮的啮合面进行划分，选用目标单元TARGE170对小齿轮的啮合面进行划分，模型中各单元数目如所示。

　　各单元类型的数目单元类型数目Solid4586848CONTA174180TARGE170439CONTA174单元是一个3维8节点的高阶四边形单元，如所示，可应用于三维结构或耦合场接触分析，这种单元附着在三维shell或solid单元表面，和所连接的单元表面具有相同的几何特性。CONTA174，andCONTA175单元相联，可代表不同的三维目标表面。对于一个复杂的，任意形状的目标面，应采用三角面来给它建模。TARGE170只需要设置实常数R1和R2为减少单元数量，节约计算时间，在轮齿啮合区域的，网格划分较密，而在远离啮合区域的，网格划分相对比较少。网格划分后得到有限元如所示。

　　施加约束约束大小齿轮安装孔表面上的节点使其只有绕齿轮回转中心轴的转动自由度，ANSYS对目标单元进行自动的全约束，对大齿轮安装孔表面实施全约束。

　　接触应力分析接触是一种非线性行为，ANSYS中对面-面接触单元使用GS积分点作为接触检查点的缺省值，它较Newton-Cotes/robatto节点积分项能产生更精确的结果。

　　：TARGE170单元：网格后的齿轮啮合模型步，材料特性设置：弹性模量：210Gpa;泊松比：03;密度：7.8103kg/m3。另外，实常数值的确定应根据具体环境而定，比如对于法向接触刚度因子FKN，由于齿轮变形以弯曲为主，则其值建议为0.0101，这里取001，其余参数均取缺省值。第二步，加载：第三级减速的输出扭矩T3=2670.483Nm，按解析法分析中得到的传递力矩在齿轮上回周向力。

　　第三步，求解：对于非线性问题，ANSYS的方程求解器采用带校正的线性近似来求解，它将载荷分成一系列的载荷向量，施加边界条件与载荷的有限元模型在几个载荷步内或者一个载荷步的几个子步内施加。接触分析得到应力云图如所示，，图中应力单位为MPa)，用第三强度理论进行等效，齿轮1的大应力值为1030.00MPa，齿轮2的大应力值为555.817MPa.

　　分析与结论经过计算分析，低速级齿轮对在啮合过程中轮齿根部的应力是高力区，但在齿顶的局部也出现了应力集中现象，这有可能就是该塔机在工作中断齿的原因之一。