導(dǎo)語：齒輪模具設(shè)計(jì)及有限元仿真研究一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

模具是工業(yè)生產(chǎn)上通過注塑、吹塑、擠出、壓鑄、鍛壓成形、冶煉、沖壓等成形方法獲得所需工業(yè)產(chǎn)品的各種模子和工具的統(tǒng)稱。齒輪作為重要的傳動(dòng)件，在各行各業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。齒輪成形按加工方式分為無切削加工和有切削加工兩大類，其中無切削加工主要包括熱軋、冷軋、精鍛、粉末冶金等新成形工藝，該類成形方式需要齒輪模具；有切削加工主要包括成形法和展成法等成形方式。齒輪模具是齒輪制造成形過程中的重要組成部分，直接影響齒輪成形精度和疲勞壽命，因此對(duì)齒輪模具進(jìn)行相關(guān)研究顯得尤為必要?；谄渌麑W(xué)者對(duì)齒輪成形模具的研究，以某齒輪模具為研究對(duì)象，運(yùn)用模具建模軟件UG對(duì)齒輪模具進(jìn)行設(shè)計(jì)，運(yùn)用有限元仿真軟件ANSYSWorkbench對(duì)設(shè)計(jì)的齒輪模具進(jìn)行有限元仿真，為齒輪模具優(yōu)化設(shè)計(jì)及仿真分析提供參考。

1模鍛齒輪分析

（1）齒輪結(jié)構(gòu)特性研究對(duì)象為某帶偏心軸的直齒圓柱齒輪，該類齒輪廣泛應(yīng)用于煤礦機(jī)械、汽車、工業(yè)品生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備中，帶偏心軸的直齒圓柱齒輪主要用于實(shí)現(xiàn)特殊軌跡的齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)中，要求傳動(dòng)平穩(wěn)可靠、齒輪精度高、振動(dòng)噪聲小。帶偏心軸的直齒圓柱齒輪三維模型及主要二維尺寸如圖1所示。為了獲得圖1所示的帶偏心軸的直齒圓柱齒輪，需要對(duì)齒輪材料和模鍛模具材料進(jìn)行選型和分析，同時(shí)對(duì)齒輪模鍛成形模具進(jìn)行精確設(shè)計(jì)和優(yōu)化。（2）齒輪及模具材料選型及特性根據(jù)帶偏心軸的直齒圓柱齒輪形狀，結(jié)合齒輪實(shí)際使用工況，選取齒輪精度為7級(jí)，齒輪要求有較高的強(qiáng)度和剛度，綜合力學(xué)性能和耐磨性優(yōu)良，自潤滑性好，耐疲勞和耐熱性好。選取齒輪模鍛坯料材料為40Cr，模鍛模具材料為H13模具鋼，齒輪及模具材料特性如表1所示。

2齒輪模具設(shè)計(jì)

為了提高加工效率及保持模鍛力均衡，在模具設(shè)計(jì)中考慮同時(shí)加工2件帶偏心軸的直齒圓柱齒輪，比單件加工生產(chǎn)效率提高了1倍。齒輪模鍛模具主要由模鍛上模、定位銷、模鍛下模等零部件組成，運(yùn)用專業(yè)三維模具建模軟件UG建立由模鍛上模、定位銷、模鍛下模等零部件組成的直齒圓柱齒輪模鍛模具三維模型如圖2所示。根據(jù)圖2，結(jié)合模具設(shè)計(jì)原則和工作原理，得到帶偏心軸直齒圓柱齒輪模鍛模具的主要二維尺寸如圖3所示。

3有限元建模及工況添加

將所建立的齒輪模具三維裝配模型保存為可被有限元軟件識(shí)別的中間格式，建立齒輪模具有限元仿真網(wǎng)格模型如圖4所示。由圖4可知，在齒輪模具有限元仿真網(wǎng)格模型中有2297360個(gè)單元，3205316個(gè)節(jié)點(diǎn)。在齒輪模具有限元仿真模型中，對(duì)模鍛上模加載40MN的模鍛力，下模做固定約束；設(shè)置上下模具接觸摩擦因數(shù)為0.12，接觸因子為1.0，最大滲透量為0.1。

4仿真結(jié)果與分析

根據(jù)所建立的齒輪模具有限元仿真模型，采用有限元仿真軟件ANSYSWorkbench進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，仿真得到齒輪模具在實(shí)際工況下的等效應(yīng)力分布如圖5所示。圖5齒輪模具在實(shí)際工況下的等效應(yīng)力分布由圖5可知，在實(shí)際工況下，齒輪模具的等效應(yīng)力主要分布在下模底部四周邊緣，最大等效應(yīng)力為872.16MPa，最大等效應(yīng)力對(duì)應(yīng)齒輪模具材料H13屈服強(qiáng)度1075.6MPa的安全系數(shù)為1075.6/872.16=1.233，設(shè)計(jì)強(qiáng)度可以滿足齒輪模具使用要求。仿真得到齒輪模具在實(shí)際工況下的等效彈性應(yīng)變分布如圖6所示。由圖6可知，在實(shí)際工況下，齒輪模具的等效彈性應(yīng)變主要分布在下模底部四周邊緣，與等效應(yīng)力分布一致，最大彈性應(yīng)變?yōu)?.0046964，可以滿足齒輪模具使用要求。

5結(jié)語

為了獲得綜合力學(xué)性能和疲勞壽命長的齒輪模具，以某帶偏心軸的直齒圓柱齒輪為研究對(duì)象，基于UG設(shè)計(jì)齒輪模鍛模具，建立齒輪模具的三維裝配模型，導(dǎo)入有限元仿真軟件ANSYSWorkbench中進(jìn)行強(qiáng)度校核。通過對(duì)齒輪模具進(jìn)行設(shè)計(jì)，獲得齒輪模鍛成形的模具系統(tǒng)，為齒輪模鍛生產(chǎn)提供參考；對(duì)設(shè)計(jì)的齒輪模具進(jìn)行強(qiáng)度校核，驗(yàn)證模具設(shè)計(jì)的合理性，從而節(jié)約模具試驗(yàn)成本。該研究可為齒輪模具設(shè)計(jì)和仿真分析提供重要的參考。

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作者:趙利民 任云暉 單位:揚(yáng)州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院