新型外装式电动滚筒的传动轴设计与分析.pdf

设计与制造
2016年第2期(第29卷,总第142期)?机械研究与应用
doi:1(0.16576/j.cnki.1007-4414.2016.02.052
新型外装式电动滚筒的传动轴设计与分析
刘成,胡慧
(安徽工贸职业技术学院,安徽淮南232007
摘要:新型外装式电动滚简内部采用封闭差动行星齿轮传动机构,主要对此传动机构中的低速级太阳轮轴进行了
设计与分析。根据已知参数首先确定了轴的最小直径和结构形式,在利用 Solid Works対轴进行三维建模的基础上,
利用有限元分析软件 Simulation对轴进行有限元分析,从而达到优化设计的目的。
关键词:低速级太阳轮轴; Solid Works; Simulation
中图分类号:TH123
文献标志码:
文章编号:1007-4414(2016)02-0152-03
Design and Analysis of the Shaft in Novel External Mounted Electric Roller
LIU Cheng, HU Hui
(Anhui Industry&frade Vocational Technical College, Huainan Anhui 232007, China)
Abstract The closed differential planetary gear is inside of the roller that called new exterior electric drum. In the article, the
low speed solar wheel axis of the transmission is designed and analyzed. First, according to the known parameters, the mini
mum ciameter and structure of the shaft are determined. Then, the 3-D model of shaft is built by using Solid Works. At ast
the shaft is analyzed with finite element analysis software Simulation which achieves the goal of optimization design
Key words: low speed solar wheel axis; Solid Works; Simulation
0引言
mm,轴颂直径取80mm,总长取108mm。选用深沟
研究分析了一种新型外装式电动滚筒,电动机垂球轴承型号6016,宽度B=22mm,外径D=125mm
直于传动滚筒轴放置在滚筒体外部,滚筒体内采用封轴肩直径为90mm。
闭差动行星齿轮传动机构。这种结构具有承载能力
(3)由低速级太阳轮轮毂长60mm,所以轴身长
大、过载能力强、传动平稳、噪声低、寿命长,使用维修度取58mm,轴径75mm。齿轮右侧采用弹性挡圈进
方便,操作安全可靠等优点。笔者主要对封闭差动行行轴向定位。故选择轴用弹性挡圈-A型,型号为
星齿轮传动机构中的低速级太阳轮轴进行结构设计,GB/T894.1-198670
并利用有限元分析软件 Simulation对轴进行分析,以
(4)齿轮以轴肩、弹性挡圈实现轴向定位,以平
改进设计中的不合理之处,达到优化设计的日的
键联接及选用过渡配合H7/n6实现周向固定。轴承
1轴的结构设计
以轴肩和套筒实现轴向定位,采用过盈配合k6实现
以某皮带运输机电动滚筒内的低速级太阳轮轴周向固定。
为例:转速n=100r/min,输出功率P=27kW,输出扭1.3绘制零件图
矩7=2500N?m。
传动轴零件图如图1所示
1.1确定最小直径
d>A
88R
k
式中:A,为最小直径系数,可查文献确定;轴的材料
不同A4,的取值范周也不同;P为轴功率,kW;n为轴
350
转速,r/mino
图1传动轴零件图
代入数值可得d≥75m
1.2结构设计
2强度与刚度校核
)将轴设计成阶梯轴,按7=2500N?m选择2.1受力分析
齿式联轴器GICI5,孔径为75mm,与轴头配合长度
圆周力:F1
2T,2×2500×10
为146mm。
40322.58N
31×4
2)根据前面的计算初步确定轴头直径取75
收稿日期:2016-01-30
作者简介:刘成(1985-),男,安微风阳人,硕士,助教,研究方向:机械设计、汽车电子
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机械研究与应用?2016年第2期(第29巻,总第142期)
设计与制造
径向力:Fa=F?tan=4032.48xtan20°
=14787.34N
水平方向支座反力:F=F1=40322.58N
垂直方向支座反力:F=F=14787.34N
2.2强度与刚度校核
1)水平方向弯矩
图2轴的有限元模型
图3轴的边界条件
V、=F、X=40322.58×0.64=2066.19N?m
(2)垂直方向弯矩
M=FXL=14787.34×0.64=946.39N?m
3)扭矩
=9550ー=9550×
27
106.52
图4轴的应力图
图5轴的位移图
=2518.93N?m
(4)总弯矩
(4)强度、刚度校核
MH=M+M-=2066.19+946.392
①强度校核
=2272.62N?m
由图4知低速级太阳轮轴的最大米塞斯等效应
5)轴的弯扭合成强度
58.968MPa
NM+(at)
根据强度理论,可知oown<[r]=70MPa,符合
W
强度要求。
2272.62+(0.6×x2518.93)
刚度校核
0.1x0.0753
由图5知轴的最大位移量为0.105mm由于轴
=50.382MP
的受力是扭矩,位移最主要是转角位移,何不是线位
本轴的材料若采用45号钢,则强度硬度不足,移,故能满足一般的生产要求?。
采用性能较好的经过调质处理的40Cr,其中[o-1]=
3.2模态分析
70MPa。满足强度要求。
(1)低速级太阳轮轴网格划分
3轴的有限元分析
与静态分析相同。
3.1静态分析
(2)边界条件
(1)网格划分
山于进行模态分析,所以只有位移约束。故在轴
传动轴材料属性及力学性能见表1。
的左端面施加固定几何体约束即可4。图6为边界
条件的情况
表1材料属性及力学性能
3)有限元计算结果及分析
名称。材教性模量に密度用应力
用有限元法求解分析,得到低速级太阳轮轴的前
/MIPA
5阶固有振动频率和振型图。如图7~11所示。
传动轴40Cr2.06e50.297.85c-6
(2)边界条件
在轴的左端面施加固定几何体约束,在轴承安装
位置施加轴承支撑;在右端面施加的扭矩T=2500N
图6低速级太阳轮
图71阶振型图
轴边界条件