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风电齿轮箱行星架的有限元分析

发布于:2016-04-29 17:33
有限元分析

      大功率、变速、变桨距是世界风电设备发展的新趋势,而风电齿轮箱作为风电设备中一个重要的机械部件,对其可靠性和使用寿命提出了更高的要求。目前兆瓦级风电齿轮箱大部分采用行星传动,这是一种低速、重载、增速传动。而行星架作为风电齿轮箱中的主传动轴,承受较大的力矩,其结构复杂,具有较大的尺寸与重量。行星架设计的合理性直接影响到行星级齿轮传动的可靠性与寿命。在传统设计中,行星架的设计主要依靠简化模型或经验类比设计,设计周期长且具有较大的盲目性,无法准确把握变形场及应力场的分布情况,因此难以保证行星架的质量。CAE技术的出现,可以有效地解决这方面的问题。为提高单侧板式行星架的强度和刚度,多采用整体式结构,其加工工艺复杂,加工周期长,成本高。大家以某企业兆瓦级风机齿轮箱的第二级行星架为研究对象(该行星架是单侧板分开式且在工作时完全处于浮动状态进行均载),以Pro/E为三维设计平台,以ANSYS为分析平台,进行有限元分析大转矩单侧板式行星架装配后在过盈配合处的接触情况,和在考虑过盈配合的影响及行星轴加载情况下行星架各部分的应力、变形等方面变化规律及分布情况,并对其结构进行优化,为兆瓦级风电齿轮箱行星架的结构设计提供参考。
      设计合理的行星架结构应该具有体积小、质量轻、较好的强度和刚度、动平衡性好等特点,并使各行星轮之间的载荷分配均匀,且容易加工与装配,同时使行星齿轮传动具有较大的承载能力、较好的传动平稳性以及较小的振动与噪声。单侧板式行星架是由一个单侧板和3~5个行星轴,通过温差法组装到一起,其结构见图。该种结简单、装配方便且轴向尺寸比框架式小。不仅可有效地减轻行星架自身的体积重量,让其浮动效果更加明显,使各行星轮间的载荷分配更加均匀,而且轴向尺寸可大大缩小,尤其在多级行星串联的大速比传动系统中,使传动结构更为紧凑,这为某些对尺寸有特殊要求的场合提供了极大的方便。但由于在该种结构中行星轴呈悬臂状态,受力情况较差,因此利用现代方法对其受力、变形情况进行研究显得尤为重要。
      为实现在过盈配合情况下孔、轴两个零件实体间的有限元接触分析,首先在建立模型时将过盈量添加到了零件的建模尺寸上,其次对两个实体接触表面设置接触单元建立接触对,用以传递孔、轴接触表面之间的力,从而通过非线性接触分析得到在过盈配合情况下两个零件接触表面间的应力及变形情况。采用该种过盈处理方法对1.5MW风机的单侧板分开式行星架进行接触分析。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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