目前履帶式水稻聯(lián)合收獲機采用兩級平行軸式齒輪傳動，尺寸大、占用較大的收割空間，且整車結(jié)構(gòu)笨重、對稻田的碾壓比較嚴重，影響次年插秧。在充分研究其傳動系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，針對其承載能力和輕量化的要求，運用雙級齒輪合成實現(xiàn)大傳動比的減速運動，使得整機結(jié)構(gòu)更加緊湊，保證工作性能的基礎(chǔ)上降低對地面的碾壓。
對所設(shè)計的雙級行星齒輪減速機構(gòu)應(yīng)用虛擬裝配進行動態(tài)仿真，將行星架理論轉(zhuǎn)速與仿真結(jié)果對比分析。同時由于行星架動力輸出，承載整個工作部件的負載，對其運用有限元分析軟件 ANSYS 進行強度分析，找出其薄弱點。此方法不但可以匹配傳動系統(tǒng)各部件，還能為其結(jié)構(gòu)設(shè)計提供理論依據(jù)。
一、減速機構(gòu)結(jié)構(gòu)特征及工作原理
結(jié)構(gòu)特征
行星齒輪減速機構(gòu)由太陽輪、齒圈、雙級行星輪和行星架等部件組成，各零件幾何參數(shù)見表 1。工作時太陽輪與動力輸入裝置相連，將其動力經(jīng)過 3 個雙級行星齒輪傳遞給行星架，再由行星架連接負載將動力輸出。這里齒圈固定不動，將普通的單級行星齒輪改為雙級行星齒輪，即將 1 個行星齒輪改為同軸左右 2 個大小不一樣的齒輪，行星齒輪大齒輪與太陽輪嚙合，行星齒輪小齒輪與行星架嚙合。動力傳遞路線為：太陽輪 - 行星齒輪大齒輪 - 行星齒輪小齒輪 - 行星架 - 工作部件。在保證傳動比不變的情況下，減小齒圈外徑，結(jié)構(gòu)更加緊湊，但對零件的強度、剛度要求比較嚴格。
二、理論分析
動態(tài)特性分析
模型的建立及約束條件的添加：在 Pro/ E 中對減速機構(gòu)建立三維模型如圖 1 所示，利用 ADAMS 對減速機構(gòu)進行仿真分析。為了減小仿真運算量，虛擬裝配時只選擇一個行星齒輪為研究對象如圖 2 所示。選取行星架上一點為公共 mar ker 點，添加相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)副、齒輪副及固定副等約束條件，見表 2。主動部件太陽輪的角速度 10 000°/ s。
仿真分析：根據(jù)減速機構(gòu)理論傳動比
則行星架理論角速度為 10 000/ 7 . 655 8 ° / s=1 306°/ s。
通過仿真分析，得出行星架的角速度如圖 3 所示，圖中虛線 MOT ION- MEA- 1 表示對太陽輪填加的動力為 10 000°/ s，實線 xxjia- MEA- 2 為行星架的輸出角速度，如圖 4 所示，仿真結(jié)果為 1 298°/ s，這與理論計算結(jié)果基本一致。
關(guān)鍵零件強度分析
行星架有限元模型的建立：行星架在載荷作用下易產(chǎn)生變形，為了保證行星輪同太陽輪和內(nèi)齒圈的正確嚙合，要求具有一定的剛度，這里利用有限元分析軟件 ANSYS 對行星架進行強度分析。參考表 1 參數(shù)建立減速機構(gòu)行星架三維模型，使用 SOL-ID185 單元，選用線性材料，彈性模量 2.12E11，泊松比 0.288。以行星架中心軸線沿行星輪軸方向為 Z 軸正方向、行星架右側(cè)端面為 XY 平面建立坐標系。假定驅(qū)動電機以恒定轉(zhuǎn)矩 60 N·m 輸出，在運行過程中行星架承受由齒輪傳來的載荷，在行星輪軸外端面上，利用新創(chuàng)建的獨立節(jié)點，使用 PC184 創(chuàng)建多根剛性梁單元來傳遞載荷，在多根剛性梁中間獨立節(jié)點處施加旋矩 T =60 N·m，將行星架連接半軸的面約束 UX、UY、UZ 的三個方向平動自由度和 ROT X、ROT Y 兩個方向旋轉(zhuǎn)自由度，只保留繞 Z 軸的轉(zhuǎn)動自由度，創(chuàng)建模型。
仿真結(jié)果分析：減速機構(gòu)在運行過程中，行星輪軸承受齒輪傳遞的載荷并將其傳遞出去，通過圖 5 總體等效應(yīng)力云圖可以看出，應(yīng)力主要集中在行星輪軸及行星架中心部位，行星架在載荷作用下產(chǎn)生變形，最大應(yīng)力 1 319 Pa，其值不大，與其許用應(yīng)力相比很小，但將造成載荷沿齒寬不均勻分布，影響傳動效率。圖 6 為行星架總體位移云圖，由圖可能看出變形量主要集中在行星輪軸上，發(fā)生小位移變形，其將導(dǎo)致行星輪軸線相對中心輪軸線傾斜，使載荷向嚙合齒寬一端集中行星輪軸上，造成載荷沿齒寬不均勻分布。在后續(xù)的設(shè)計過程中重點解決這一問題。
三、結(jié)論
通過對所設(shè)計的水稻收獲機減速機構(gòu)建立動力學模型和動力學仿真分析，得出行星架輸出角速度仿真結(jié)果為 1 298°/ s，這與理論計算結(jié)果 1 306°/ s 基本相一致，驗證結(jié)構(gòu)設(shè)計的正確性，其結(jié)構(gòu)為傳動部件優(yōu)化設(shè)計提供依據(jù)。同時運用有限元分析軟件，對行星架進行強度分析，得到總體應(yīng)力云圖及總體位移變形部位，找出應(yīng)力集中點及變形量比較大的部位，為其結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計及傳動系統(tǒng)理論分析奠定了良好基礎(chǔ)。
參考文獻略.