基于有限元法的齿轮齿条式摆动液压缸的强度分析

2 0 1 5年 1月 第 4 4卷 第 1 期 机械设计与制造工程 Ma c h i n e De s i g n a n d Ma n u f a c t u r i n g E n g i n e e ri n g J a n 2 0 1 5 V0 1 44 No 1 D O I 1 0 3 9 6 9 j i s s n 2 0 9 5 5 0 9 X 2 0 1 5 0 1 0 0 5 基 于有 限元 法的齿轮 齿条式摆动液压缸 的强度分析 张鸿鹄 陈磊 任 国庆 扬州市江都永坚有 限公司 江苏 扬州2 2 5 2 0 0 摘要 针对某液压缸厂齿轮齿条式摆动液压缸的安全 问题 采用有限元软件对齿轮齿条的强度 问 题进行计算分析 三维建模后导入有 限元软件 A N S Y S Wo r k b e n c h 以 S t a t i c S t r u c t u r e模块计算啮 合接触区域的应力分布和变形情 况 针对计算结果对摆动液压缸可能 出现的故障进行预测并寻 找解决措施 为齿轮齿条式摆动液压缸的进一步优化提供 了可靠 高效的理论 支持 关键词 摆动液压缸 齿轮齿条 强度分析 中图分类号 T H1 3 7 9 文献标识码 A 文章编号 2 0 9 5 5 0 9 X 2 0 1 5 0 1 0 0 1 9 0 0 3 齿轮齿条式摆动液压缸 的原理是将液压缸的 往复运动通过齿条带动齿轮 转化为齿轮轴 的正反 向摆动旋转 同时将 往复缸 的推力转化成 齿轮 轴的输出扭矩 2 J 齿轮齿条式摆 动液压缸可 以在 较低 的转速下产生很大的扭矩 因此它是压力转变 为扭矩非常合理的装置 并且 由于结构简单 加工 制造相对容易 获得了非常广泛的应用 在齿轮齿条式摆动液压缸的工作过程中 为了 保证运动的平稳性和连贯性 要求前一对轮齿未脱 离啮合时后一对轮齿 已进入啮合 因此啮合过程中 至少有两对轮齿处 于啮合状态 由此可知 对于 齿轮齿条的接触应力 理论计算公式很难准确反映 其工作过程 本文运用有 限元分析方法对摆动液压缸 的工 作进行仿真 求解啮合部位的接触应力 根据计算 结果对齿轮齿条式摆动液压缸可能出现 的故 障进 行预测 并提供了解决方案 1 摆动液压缸 结构 介绍 齿轮齿条式摆动液压缸的结构如图 1 所示 整 个摆动液压缸主要 由 1个齿轮轴和 2个齿条轴构 成 对角的两腔连接油 管 每个 齿条轴都安装 了活 塞 摆动液压缸正常工作时 两齿条轴内的活塞均 通过轮齿啮合将液压力传递给齿轮轴 转化为扭矩 输出 设两齿 条轴油腔压力分别 为P P 油缸 内 活塞行程为 l 直径为 d 齿轮齿条模数为 m 齿数为 齿轮轴摆角为 0 则齿轮轴输出扭矩为 P P 2 竽 丁 rt P l P 2 m zd 2 齿轮轴摆动角度为 上 3 6 0 1 一活塞 2 一 齿轮轴 3 齿条轴 图 1 摆 动液压缸结构 图 摆动液压缸的参数见表 1 齿轮齿条是渐开线 标准直齿圆柱齿轮齿条 其模数为 1 6 齿数为 l 8 啮合中心距为 1 8 4 ra m 工作介质为奎克 8 8 8 6 8 表 1 摆动液压缸 的参数 参数 数值 摆角 输 出扭矩 额定压力 试验压力 设计温度 1 8 0 2 l J 9 8 6 5N 11 1 21 MPa 3 O 5 MPa 1 o 0 C 收稿 日期 2 0 1 4 1 2 0 2 基金项 目 江苏省重大成果转化项 目 B A 2 0 1 4 1