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大功率、變速、變槳距是世界風(fēng)電設(shè)備發(fā)展的新趨勢，而風(fēng)電齒輪箱作為風(fēng)電設(shè)備中一個重要的機(jī)械部件，對其可靠性和使用壽命提出了更高的要求。目前兆瓦級風(fēng)電齒輪箱大部分采用行星傳動，這是一種低速、重載、增速傳動。而行星架作為風(fēng)電齒輪箱中的主傳動軸，承受較大的力矩，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，具有較大的尺寸與重量。行星架設(shè)計(jì)的合理性直接影響到行星級齒輪傳動的可靠性與壽命。在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中，行星架的設(shè)計(jì)主要依靠簡化模型或經(jīng)驗(yàn)類比設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)周期長且具有較大的盲目性，無法準(zhǔn)確把握變形場及應(yīng)力場的分布情況，因此難以保證行星架的質(zhì)量。CAE技術(shù)的出現(xiàn)，可以有效地解決這方面的問題。為提高單側(cè)板式行星架的強(qiáng)度和剛度，多采用整體式結(jié)構(gòu)，其加工工藝復(fù)雜，加工周期長，成本高。我們以某公司兆瓦級風(fēng)機(jī)齒輪箱的第二級行星架為研究對象(該行星架是單側(cè)板分開式且在工作時(shí)完全處于浮動狀態(tài)進(jìn)行均載)，以Pro/E為三維設(shè)計(jì)平臺，以ANSYS為分析平臺，進(jìn)行有限元分析大轉(zhuǎn)矩單側(cè)板式行星架裝配后在過盈配合處的接觸情況，和在考慮過盈配合的影響及行星軸加載情況下行星架各部分的應(yīng)力、變形等方面變化規(guī)律及分布情況，并對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，為兆瓦級風(fēng)電齒輪箱行星架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供參考。
設(shè)計(jì)合理的行星架結(jié)構(gòu)應(yīng)該具有體積小、質(zhì)量輕、較好的強(qiáng)度和剛度、動平衡性好等特點(diǎn)，并使各行星輪之間的載荷分配均勻，且容易加工與裝配，同時(shí)使行星齒輪傳動具有較大的承載能力、較好的傳動平穩(wěn)性以及較小的振動與噪聲。單側(cè)板式行星架是由一個單側(cè)板和3～5個行星軸，通過溫差法組裝到一起，其結(jié)構(gòu)見圖。該種結(jié)簡單、裝配方便且軸向尺寸比框架式小。不僅可有效地減輕行星架自身的體積重量，讓其浮動效果更加明顯，使各行星輪間的載荷分配更加均勻，而且軸向尺寸可大大縮小，尤其在多級行星串聯(lián)的大速比傳動系統(tǒng)中，使傳動結(jié)構(gòu)更為緊湊，這為某些對尺寸有特殊要求的場合提供了極大的方便。但由于在該種結(jié)構(gòu)中行星軸呈懸臂狀態(tài)，受力情況較差，因此利用現(xiàn)代方法對其受力、變形情況進(jìn)行研究顯得尤為重要。
為實(shí)現(xiàn)在過盈配合情況下孔、軸兩個零件實(shí)體間的有限元接觸分析，首先在建立模型時(shí)將過盈量添加到了零件的建模尺寸上，其次對兩個實(shí)體接觸表面設(shè)置接觸單元建立接觸對，用以傳遞孔、軸接觸表面之間的力，從而通過非線性接觸分析得到在過盈配合情況下兩個零件接觸表面間的應(yīng)力及變形情況。采用該種過盈處理方法對1.5MW風(fēng)機(jī)的單側(cè)板分開式行星架進(jìn)行接觸分析。
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