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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(shì)，而風(fēng)電齒輪箱作為風(fēng)電設(shè)備中一個(gè)重要的機(jī)械部件，對(duì)其可靠性和使用壽命提出了更高的要求。目前兆瓦級(jí)風(fēng)電齒輪箱大部分采用行星傳動(dòng)，這是一種低速、重載、增速傳動(dòng)。而行星架作為風(fēng)電齒輪箱中的主傳動(dòng)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(jí)齒輪傳動(dòng)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(jiǎn)化模型或經(jīng)驗(yàn)類比設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)且具有較大的盲目性，無(wú)法準(zhǔn)確把握變形場(chǎng)及應(yīng)力場(chǎng)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(wèn)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(zhǎng)，成本高。我們以某公司兆瓦級(jí)風(fēng)機(jī)齒輪箱的第二級(jí)行星架為研究對(duì)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(dòng)狀態(tài)進(jìn)行均載)，以Pro/E為三維設(shè)計(jì)平臺(tái)，以ANSYS為分析平臺(tái)，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(guò)盈配合處的接觸情況，和在考慮過(guò)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(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，為兆瓦級(jí)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(dòng)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(dòng)具有較大的承載能力、較好的傳動(dòng)平穩(wěn)性以及較小的振動(dòng)與噪聲。單側(cè)板式行星架是由一個(gè)單側(cè)板和3～5個(gè)行星軸，通過(guò)溫差法組裝到一起，其結(jié)構(gòu)見圖。該種結(jié)簡(jiǎn)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(dòng)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(jí)行星串聯(lián)的大速比傳動(dòng)系統(tǒng)中，使傳動(dòng)結(jié)構(gòu)更為緊湊，這為某些對(duì)尺寸有特殊要求的場(chǎng)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(duì)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(guò)盈配合情況下孔、軸兩個(gè)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(guò)盈量添加到了零件的建模尺寸上，其次對(duì)兩個(gè)實(shí)體接觸表面設(shè)置接觸單元建立接觸對(duì)，用以傳遞孔、軸接觸表面之間的力，從而通過(guò)非線性接觸分析得到在過(guò)盈配合情況下兩個(gè)零件接觸表面間的應(yīng)力及變形情況。采用該種過(guò)盈處理方法對(duì)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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