偏航齒輪箱行星架的性能分析及結構優(yōu)化設計.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，如何準確地得到行星架的應力和位移，并對其結構進行改進，得到一種質(zhì)量小、性能好的行星架結構，對提高行星齒輪箱的高可靠性和輕量化設計具有十分重要的意義。
　　本課題源于國家支撐計劃“7MW級風電機組及關鍵部件設計和產(chǎn)業(yè)化技術”(NO.2012BAA01B05)。本文以風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合面進行等效處理

2、;建立行星架有限元等效模型，并對其進行靜強度分析;分析行星架的部分結構參數(shù)對其應力和變形的影響;以柔度最小為目標函數(shù)對行星架進行拓撲優(yōu)化設計，根據(jù)優(yōu)化結果進行概念設計，最后進行結構設計。
　　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構件進行受力分析，根據(jù)給定的電機額定轉(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語言對行星架進行參數(shù)化建模，對行星架花鍵結合面采用多種彈簧布置形式進行等效處理，得到較為理想的等效形式。
　　接著，對行星架進行有限元強度分析，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力和變形的影響。結果表明，軸承的支承剛度對行星架

4、的應力影響不能忽略，花鍵結合面等效形式不同對行星架的應力影響較大，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，行星架的應力最小，變形幾乎相同。
　　最后，以行星架的柔度最小為目標函數(shù)，分別以重要位置節(jié)點位移最小、體積最小為約束建立拓撲優(yōu)化數(shù)學模型?；贖yper works平臺進行拓撲優(yōu)化，根據(jù)材料分布進行概念設計，考慮力學性能和制造工藝進行結構優(yōu)化