偏航齒輪箱行星架的性能分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計.pdf

1、行星架是行星減速器中承受扭矩最大的零件，它對行星輪間載荷分配有很大的影響，如何準(zhǔn)確地得到行星架的應(yīng)力和位移，并對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，得到一種質(zhì)量小、性能好的行星架結(jié)構(gòu)，對提高行星齒輪箱的高可靠性和輕量化設(shè)計具有十分重要的意義。
　　本課題源于國家支撐計劃“7MW級風(fēng)電機(jī)組及關(guān)鍵部件設(shè)計和產(chǎn)業(yè)化技術(shù)”(NO.2012BAA01B05)。本文以風(fēng)電偏航齒輪箱行星架為研究對象，對齒輪的嚙合剛度、軸承的支承剛度和花鍵連接作用結(jié)合面進(jìn)行等效處理

2、;建立行星架有限元等效模型，并對其進(jìn)行靜強(qiáng)度分析;分析行星架的部分結(jié)構(gòu)參數(shù)對其應(yīng)力和變形的影響;以柔度最小為目標(biāo)函數(shù)對行星架進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化設(shè)計，根據(jù)優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行概念設(shè)計，最后進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計。
　　首先，根據(jù)力的傳遞路徑，利用轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和力平衡原理對偏航齒輪箱的行星架及其他相關(guān)構(gòu)件進(jìn)行受力分析，根據(jù)給定的電機(jī)額定轉(zhuǎn)速和齒輪箱輸出扭矩計算各級行星傳動行星輪軸的支反力。
　　其次，基于有限元法計算齒輪的嚙合剛度，將齒輪嚙合剛度用沿著嚙

3、合線方向的彈簧進(jìn)行等效;利用簡易計算公式計算軸承支承剛度，將支承剛度用徑向彈簧進(jìn)行等效，根據(jù)接觸滾子的數(shù)目確定彈簧數(shù)目;基于APDL語言對行星架進(jìn)行參數(shù)化建模，對行星架花鍵結(jié)合面采用多種彈簧布置形式進(jìn)行等效處理，得到較為理想的等效形式。
　　接著，對行星架進(jìn)行有限元強(qiáng)度分析，考慮嚙合剛度、支承剛度和花鍵連接的作用。分析了齒輪嚙合剛度、軸承支承剛度及行星架的雙壁間距和孔的直徑對行星架應(yīng)力和變形的影響。結(jié)果表明，軸承的支承剛度對行星架

4、的應(yīng)力影響不能忽略，花鍵結(jié)合面等效形式不同對行星架的應(yīng)力影響較大，而齒輪的嚙合剛度只起到傳遞力的作用，在建模中可以以恒定數(shù)值代替;行星架在雙臂間距離為90mm，行星輪軸配合孔直徑為46mm時，行星架的應(yīng)力最小，變形幾乎相同。
　　最后，以行星架的柔度最小為目標(biāo)函數(shù)，分別以重要位置節(jié)點(diǎn)位移最小、體積最小為約束建立拓?fù)鋬?yōu)化數(shù)學(xué)模型。基于Hyper works平臺進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化，根據(jù)材料分布進(jìn)行概念設(shè)計，考慮力學(xué)性能和制造工藝進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化