Исследование напряжений, возникающих при работе червячного редуктора в программе Ansys

На сегодняшней день разработку редуктора лучшего и проще всего производить при помощи современных технологий, таких как САПР. САПР – это автоматизированная система, реализующая информационную технологию выполнения функций проектирования, представляет собой организационно-техническую систему, предназначенную для автоматизации процесса проектирования, состоящую из персонала и комплекса технических, программных и других средств автоматизации его деятельности. Во время проектирования редуктора были применены такие САПР, как Unigraphics (NX), Ansys. Это позволило повысить эффективность труда, включая:

• сокращения трудоёмкости проектирования и планирования;
• сокращения сроков проектирования;
• сокращения себестоимости проектирования и изготовления, уменьшение затрат на эксплуатацию;
• повышения качества и технико-экономического уровня результатов проектирования; - сокращения затрат на натурное моделирование и испытания.

Трёхмерное моделирование передачи было выполнено по средством САПР Unigraphics (NX). Данная программа позволяет осуществлять полностью виртуальное проектирование изделий, механообработка деталей сложных форм, имеет полностью ассоциативную базу данных мастер-модели и многое другое.

Рис.1. 3D модель червячного колеса, выполненная в NX3

Анализ смоделированной передачи был осуществлён в САПР Ansys. Ansys – универсальная программная система конечно-элементного (МКЭ) анализа, применяется для решения линейных и нелинейных, стационарных и нестационарных пространственных задач механики деформируемого твёрдого тела и механики конструкций (включая нестационарные геометрически и физически нелинейные задачи контактного взаимодействия элементов конструкций), задач механики жидкости и газа, теплопередачи и теплообмена, электродинамики, акустики, а также механики связанных полей.

Основным преимуществом данного программного продукта является избежание дорогостоящих и длительных циклов разработки типа «проектирование – изготовление – испытания». В программе Ansys были назначены необходимые ограничения, начальные и граничные условия, выбран оптимальные размер сетки конечных объемов. Благодаря модулю Static Structural, были проведены исследования, позволившие определить деформации, напряжения, перемещения, возникающие при работе усовершенствованной червячной передачи.

В качестве входных данных в программе Ansys были заданы следующие параметры: standard earth gravity (учет силы гравитации), force (учет действующих нагрузок от червяка), moment (крутящий момент), bearing load (учет подшипников), fixed rotation (учет закрепления червячного колеса). Конечно-элементная сетка была сгенерирована программой автоматически, только замельчина в ручную в ответственных зонах детали.

Рис.2. Входные данные в программе Ansys

В качестве выходных данных были выбраны параметры, из предложенных программой, которые требовались при данном исследовании, а именно: общие деформации, напряжения и нагрузки, возникающие при работе редуктора.

Рис.3.  Выходные данные в программе Ansys

Исследования проводились на современном ПЭВМ, включающем в себя следующие комплектующие: процессор Intel Core i7 2700K, материнскую плату Asus P9X79, видеокарту Palit GeForce GT440 1GB, 16 GB оперативной памяти DDR3. Из-за замельченной конечно-элементной сетки для получения самых точных результатов, расчет в программе длился 11,7 мин.

В итоге после всех расчетов в дереве проекта Solution программы Ansys были получены результаты напряжений и деформаций, возникающих при работе усовершенствованной червячной передачи.

 Рис.4. Напряжения, возникающие в разработанном червячном колесе, рассчитанные в программе Ansys 14.5

Рис.5. Деформации, возникающие в разработанном червячном колесе, рассчитанные в программе Ansys 14.5

В результате проведенных исследований видно, что деформации возникающие в разработанном червячном колесе минимальны (0,0000086 мм). Напряжения и нагрузки возникающие при работе разработанного червячного колеса находятся в допустимом пределе и имеется запас прочности примерно равный 55 %.

Исследование напряжения в программе Ansys позволило получить достоверные и точные результаты напряжений и нагрузок, возникающих при работе червячного колеса, а также позволит сократить количество опытных образцов на производстве.

Статья подготовлена коллективом Metal Working Group.

Перепечатка, копирование, воспроизведение или иное использование материалов, статей и уроков, размещённых на сайте, разрешается при условии ссылки на www.metalworkinggroup.ru.

Поделиться: