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三環(huán)減速器是一種新型的少齒差內嚙合行星齒輪傳動裝置，具有傳動比大、承載能力高、結構簡單、制造成本低等優(yōu)點，主要應用于礦山、冶金、建筑機械等行業(yè)。三環(huán)減速器傳動部分屬于超靜定系統(tǒng)，在分析其力學行為時，必須考慮各構件的彈性變形協(xié)調關系，而準確建立三環(huán)傳動系統(tǒng)的變形協(xié)調條件往往有很大難度。因此，眾多文獻在分析三環(huán)減速器的力學特性時，都做了一些假設或簡化，而這些假設或簡化在不同程度上影響了有限元分析的精度。
本文采用有限元方法對三環(huán)減速器整機進行分析，避開了建立變形協(xié)調條件的難題。對構件傳動過程中各個構件的應力、變形分析，以確定各構件在不同傳動位置時應力分布以及傳動系統(tǒng)所受約束反力，尤其是每個構件的最大應力的大小和位置。靜力分析的結果對確保三環(huán)減速器整體性能具有非常重要的意義，也是三環(huán)減速器優(yōu)化設計的重要依據。三環(huán)減速器是由多個零部件組成的齒輪連桿傳動系統(tǒng)，其裝配：由支座、輸入曲柄軸、。其工作原理環(huán)板、輸出軸柄軸等主要部分組成。為了克服死點位置、支撐曲實際使用中采用三相環(huán)板并列布置，各環(huán)板之間互成120°相位角。
為便于比較，本文以實驗用三環(huán)減速器為例進行受力分析。其基本參數為
減速器中心距a=160 mm。輸入軸直徑35.0 mm，長度235.5 mm，材料40Cr，彈性模量2.11Xe11 Pa。支撐軸直徑35.0 mm，長度190.0 mm。內齒板厚度35.0 mm，材料45，彈性模量2.09Xe11 Pa。3個內齒板之間的間隙5.0 mm。偏心套偏心距2.0。行星軸承內徑50.0 mm，外徑90.0 mm，厚度35.0 mm，彈性模量3.0577Xe10 Pa。所有材料的泊松比為0.3，密度為7.8 Xe3 kg/m3。輸入扭矩40.0Xe3 Nm。
本文綜合考慮各個構件，建立了內齒板、高速軸、偏心套、行星軸承、高速軸上的支承軸承組成的傳動系統(tǒng)的有限元分析模型。建模時，忽略內齒板上的輪齒，對于軸承，忽略其結構細節(jié)，用一個力學能相似的彈性空心圓柱體代替，構件之間的連接關系利用自由度耦合的概念處理�？紤]到三環(huán)減速器內齒板、偏心套等實體的表面為曲面，實體形狀不很規(guī)則，ANSYS選擇單元類型為SOLID186單元。箱體對支撐軸承的約束，處理為外側表面節(jié)點的固定約束。輸出軸對內齒板的約束，處理為內齒輪齒根尺寸范圍內的節(jié)點沿切線方向的固定約束。本文通過將扭矩換算為周向節(jié)點力的方法施加扭矩載荷。通過有限元分析，得到一個周期內，各個主要承力構件的應力變化情況。
三環(huán)減速器在運轉過程中作用于箱體支座的X方向反力要遠大于Y方向反力，這也是引起箱體橫向振動的主要原因。
一個運動周期內，三環(huán)減速器的內齒板所受的載荷(齒輪嚙合力)是變化的，各相相位差接近120°，減速器總的輸出力矩也呈周期性波動。
分析表明齒板上的最大Von mises應力發(fā)生在齒嚙合位置處(本文作為約束位置)，第1相和第2相內齒板30°位置角時的應力分布云圖。
對1臺三環(huán)減速器實驗樣機的承載能力進行了實測，經計算輸出扭矩的均值為2319.2 Nm。有限元分析的扭矩最大值為2262.81 Nm，與實驗扭矩之間的誤差為2.439000。
本文對1個三環(huán)減速器的傳動系統(tǒng)進行了有限元靜力分析，通過數據和云圖得出了一些分析結果。
(1)進行有限元建模時，用一個力學性能相似的彈性空心圓柱體代替軸承，考慮其彈性變形對傳動系統(tǒng)靜力的影響。
(2)構件之間的連接關系采用自由度耦合的概念處理，進一步接近實際工作情況。
(3)將有限元靜力分析的結果與試驗數據對比，結果表明有限元分析的結論與實驗結果很吻合。說明本研究分析的有限元模型是符合實際工況的研究模型。
(4)本研究的結果將為三環(huán)減速器的優(yōu)化設計奠定良好的基礎。
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