遊星歯車は伝動機構として、歯車減速機、クレーン、遊星歯車減速機など、さまざまな工学実践に広く使用されています。遊星歯車減速機の場合、多くの場合、固定軸歯車列の伝動機構を置き換えることができます。歯車の伝動プロセスは線接触であるため、長時間の噛み合いは歯車の破損を引き起こすため、その強度をシミュレーションする必要があります。Li Hongliらは、自動噛み合い法を使用して遊星歯車を噛み合わせ、トルクと最大応力が線形であることを得ました。Wang Yanjunらも自動生成法を使用して遊星歯車を噛み合わせ、遊星歯車の静力学とモーダルシミュレーションをシミュレートしました。この論文では、メッシュを分割するために主に四面体と六面体要素を使用し、最終結果を分析して強度条件が満たされているかどうかを確認します。

1、モデル構築と結果分析

遊星歯車の3次元モデリング

遊星歯車主にリングギア、サンギア、遊星ギアで構成されています。本論文で選択した主なパラメータは、内歯車リングの歯数が66、サンギアの歯数が36、遊星ギアの歯数が15、内歯車リングの外径が150mm、係数が2mm、圧力角が20°、歯幅が20mm、歯先高さ係数が1、バックラッシュ係数が0.25、遊星ギアが3つです。

遊星歯車の静的シミュレーション解析

材料特性の定義: UG ソフトウェアで描画された 3 次元遊星歯車システムを ANSYS にインポートし、以下の表 1 に示すように材料パラメータを設定します。

メッシュ分割：有限要素メッシュは四面体と六面体で分割され、要素の基本サイズは5mmである。遊星歯車太陽歯車と内歯車リングは接触・噛み合いしており、接触部と噛み合い部のメッシュは高密度化されており、サイズは2mmである。まず、図1に示すように四面体グリッドを採用し、合計105906個の要素と177893個の節点を生成する。次に、図2に示すように六面体グリッドを採用し、合計26957個のセルと140560個の節点を生成する。

荷重の適用と境界条件：減速機内の遊星歯車の作動特性に基づき、太陽歯車を駆動歯車、遊星歯車を従動歯車とし、最終出力は遊星キャリアを介して出力されます。ANSYSで内歯車リングを固定し、図3に示すように、太陽歯車に500N・mのトルクを加えます。

後処理と結果分析：2つのグリッド分割から得られた静的解析の変位ネフォグラムと等価応力ネフォグラムを以下に示し、比較分析を行います。 2種類のグリッドの変位ネフォグラムから、太陽歯車が遊星歯車と噛み合わない位置で最大変位が発生し、歯車の噛み合いの根元で最大応力が発生することがわかります。 四面体グリッドの最大応力は378MPa、六面体グリッドの最大応力は412MPaです。材料の降伏限界は785MPa、安全係数は1.5であるため、許容応力は523MPaです。 両方の結果の最大応力は許容応力未満であり、どちらも強度条件を満たしています。

2、結論

遊星歯車の有限要素シミュレーションにより、歯車システムの変位変形ネフォグラムと等価応力ネフォグラムが得られ、そこから最大と最小のデータとその分布が求められる。遊星歯車モデルを見つけることができます。最大相当応力の位置は、ギア歯が最も破損しやすい位置でもあるため、設計または製造時に特別な注意を払う必要があります。遊星歯車システム全体を解析することで、ギア歯1歯のみの解析によって生じる誤差を克服できます。