เฟืองดาวเคราะห์เป็นกลไกการส่งกำลังที่ใช้กันอย่างแพร่หลายในงานวิศวกรรมต่างๆ เช่น เกียร์ทดรอบ เครน เกียร์ทดรอบแบบดาวเคราะห์ เป็นต้น สำหรับเกียร์ทดรอบแบบดาวเคราะห์นั้น สามารถใช้แทนกลไกการส่งกำลังแบบเฟืองเพลาคงที่ได้ในหลายกรณี เนื่องจากกระบวนการส่งกำลังของเฟืองเป็นการสัมผัสเชิงเส้น การเข้าคู่กันเป็นเวลานานจะทำให้เฟืองเสียหาย ดังนั้นจึงจำเป็นต้องจำลองความแข็งแรงของมัน หลี่ หงหลี่ และคณะ ใช้ระเบียบวิธีเข้าคู่กันอัตโนมัติในการเข้าคู่กันของเฟืองดาวเคราะห์ และพบว่าแรงบิดและความเค้นสูงสุดเป็นเชิงเส้น หวัง หยานจุน และคณะ ก็ได้เข้าคู่กันของเฟืองดาวเคราะห์โดยใช้วิธีการสร้างอัตโนมัติ และจำลองสถิตและการจำลองแบบโมดอลของเฟืองดาวเคราะห์ ในบทความนี้ ส่วนประกอบรูปทรงสี่เหลี่ยมด้านเท่าและหกเหลี่ยมถูกนำมาใช้เป็นหลักในการแบ่งการเข้าคู่กัน และวิเคราะห์ผลลัพธ์สุดท้ายเพื่อดูว่าตรงตามเงื่อนไขความแข็งแรงหรือไม่

1. การสร้างแบบจำลองและการวิเคราะห์ผลลัพธ์

การสร้างแบบจำลองสามมิติของเฟืองดาวเคราะห์

เฟืองดาวเคราะห์ระบบนี้ประกอบด้วยเฟืองวงแหวน เฟืองดวงอาทิตย์ และเฟืองดาวเคราะห์เป็นหลัก พารามิเตอร์หลักที่เลือกใช้ในบทความนี้คือ จำนวนฟันของเฟืองวงแหวนด้านใน 66 ซี่ จำนวนฟันของเฟืองดวงอาทิตย์ 36 ซี่ จำนวนฟันของเฟืองดาวเคราะห์ 15 ซี่ เส้นผ่านศูนย์กลางภายนอกของเฟืองวงแหวนด้านใน 150 มม. โมดูลัส 2 มม. มุมกด 20° ความกว้างของฟัน 20 มม. สัมประสิทธิ์ความสูงของส่วนเพิ่ม 1 สัมประสิทธิ์การคลายตัว 0.25 และมีเฟืองดาวเคราะห์สามตัว

การวิเคราะห์การจำลองแบบสถิตของเฟืองดาวเคราะห์

กำหนดคุณสมบัติของวัสดุ: นำเข้าแบบจำลองระบบเฟืองดาวเคราะห์สามมิติที่วาดในซอฟต์แวร์ UG เข้าสู่ ANSYS และตั้งค่าพารามิเตอร์ของวัสดุตามที่แสดงในตารางที่ 1 ด้านล่าง:

การสร้างตาข่าย: ตาข่ายไฟไนต์เอเลเมนต์ถูกแบ่งออกเป็นรูปทรงสี่เหลี่ยมด้านเท่าและหกเหลี่ยม โดยขนาดพื้นฐานของเอเลเมนต์คือ 5 มม. เนื่องจากเฟืองดาวเคราะห์เฟืองดวงอาทิตย์และวงแหวนเฟืองด้านในสัมผัสและขบกัน การขบกันของส่วนที่สัมผัสและขบกันนั้นมีความหนาแน่นสูง และมีขนาด 2 มม. ขั้นแรก ใช้ตารางแบบทรงสี่เหลี่ยมด้านเท่า ดังแสดงในรูปที่ 1 สร้างองค์ประกอบทั้งหมด 105906 ชิ้น และจุดเชื่อมต่อ 177893 จุด จากนั้นจึงใช้ตารางแบบทรงหกเหลี่ยม ดังแสดงในรูปที่ 2 สร้างเซลล์ทั้งหมด 26957 เซลล์ และจุดเชื่อมต่อ 140560 จุด

การประยุกต์ใช้แรงและเงื่อนไขขอบเขต: ตามลักษณะการทำงานของเฟืองดาวเคราะห์ในชุดเกียร์ทดรอบ เฟืองดวงอาทิตย์เป็นเฟืองขับ เฟืองดาวเคราะห์เป็นเฟืองตาม และเอาต์พุตสุดท้ายจะส่งผ่านตัวยึดเฟืองดาวเคราะห์ ตรึงวงแหวนเฟืองด้านในใน ANSYS และใช้แรงบิด 500 N·m กับเฟืองดวงอาทิตย์ ดังแสดงในรูปที่ 3

การประมวลผลหลังการวิเคราะห์และการวิเคราะห์ผลลัพธ์: แผนภาพแสดงการกระจัดและแผนภาพแสดงความเค้นสมมูลของการวิเคราะห์แบบสถิตที่ได้จากการแบ่งกริดสองแบบแสดงไว้ด้านล่าง และได้ทำการวิเคราะห์เปรียบเทียบ จากแผนภาพแสดงการกระจัดของกริดทั้งสองแบบ พบว่าการกระจัดสูงสุดเกิดขึ้นที่ตำแหน่งที่เฟืองดวงอาทิตย์ไม่ขบกับเฟืองดาวเคราะห์ และความเค้นสูงสุดเกิดขึ้นที่โคนของจุดที่เฟืองขบกัน ความเค้นสูงสุดของกริดแบบทรงสี่เหลี่ยมด้านเท่าคือ 378 MPa และความเค้นสูงสุดของกริดแบบทรงหกเหลี่ยมคือ 412 MPa เนื่องจากค่าความแข็งแรงคราของวัสดุคือ 785 MPa และค่าความปลอดภัยคือ 1.5 ดังนั้นความเค้นที่ยอมรับได้คือ 523 MPa ความเค้นสูงสุดของผลลัพธ์ทั้งสองน้อยกว่าความเค้นที่ยอมรับได้ และทั้งสองเป็นไปตามเงื่อนไขความแข็งแรง

2. สรุป

จากการจำลองด้วยวิธีไฟไนต์เอเลเมนต์ของเฟืองดาวเคราะห์ ทำให้ได้แผนภาพการเสียรูปการกระจัดและแผนภาพความเค้นสมมูลของระบบเฟือง จากนั้นจึงหาข้อมูลค่าสูงสุดและต่ำสุดและการกระจายตัวของค่าเหล่านั้นเฟืองดาวเคราะห์สามารถค้นหาแบบจำลองได้ ตำแหน่งที่มีความเค้นสมมูลสูงสุดคือตำแหน่งที่ฟันเฟืองมีแนวโน้มที่จะเสียหายมากที่สุด ดังนั้นจึงควรให้ความสำคัญเป็นพิเศษกับตำแหน่งนี้ในระหว่างการออกแบบหรือการผลิต การวิเคราะห์ระบบเฟืองดาวเคราะห์ทั้งหมดจะช่วยแก้ไขข้อผิดพลาดที่เกิดจากการวิเคราะห์เฉพาะฟันเฟืองเพียงซี่เดียวได้