风电齿轮箱行星架有限元分析

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1、风电齿轮箱行星架有限元分析工程有限元分析课程作业及轻量化设计学院名称：机械工程专业班级：研1402学生姓名：XX学生学号：S1403062指导教师：2015年06月江苏大学（工程有限元分析）(丁瑞，学号：S1403062，手机：18252584902，邮箱：)摘要：本文以兆瓦级行星架为研究对象，通过有限元分析，得到了行星架的应力分布及位移。分析发现原设计过于保守，有必要进行轻量化设计。然后以行星架的柔度最小为目标函数，设计区域的单元密度为设计变量，体积分数为约束条件，建立了拓扑优化模型，应用Hyperworks软件对其进行拓扑优化。接着根据材料分布建立行星架的新模型，并

2、进行了有限元分析。最后对优化前后行星架的性能进行比较，结果表明，在应力仅提高了2.45%的情况下，质量减少了13.74%，刚度仍在要求范围内，达到了轻量化设计的目的。关键词：拓扑优化；轻量化设计；有限元；行星架；OptistructFiniteElementAnalysisandLightweightDesignforWindTurbineGearboxCarrierAbstract:Inthispaper,megawatt-levelwindturbinegearboxisconsideredastheresearchobjectandthestressdistrib

3、utionanddisplacementofthecarrierwasobtainedbyfiniteelementanalysis.Thestudyfoundthattheoriginaldesignwastooconservative，sothereisaneedforlightweightdesign.Thenthemodeloftopologyoptimizationforthecarrierareestablished,inwhichtheminimumcomplianceistheobjectivefunction，celldensityofdesignar

4、eaisdesignvariablesandthevolumefractionistheconstraints,theHyperworkssoftwarewasusedfortopologyoptimization.Thenanewmodelwasdesignedbasingonthecarriermaterialdistribution,andanalysedbyfiniteelementmethod.Finally,theperformanceofthetwocarriershaveacompareafteroptimization,andtheresultssho

5、wthatthestresswasincreasedonlyby2.45%,meanwhilethemassreducedby13.47%andthestiffnesswasintherangerequired,thestudyachievesthepurposeoflightweightdesign.Keywords:TopologyOptimization;Finiteelement;lightweightdesign;Optistruct1江苏大学（工程有限元分析）0引言近年来，我国的生态环境有逐渐恶化的趋势，多数城市雾霾严重，风能作为清洁的可再生能源是未来能源的

6、不二选择。目前世界各国都在大力发展风力发电技术，风电齿轮箱是风力发电机的核心部件，行星传动是其主要的传动形式。行星架作为行星传动中的重要零件之一，起着支撑行星轮和行星轮轴的作用，而且是行星传动中承受扭矩最大的零件。行星架的变形对内外啮合齿轮传动的质量和可靠性有很大影响，因此，要求行星架要有足够的强度、刚度。虽然行星传动具有大传动比，结构紧凑，同样传动比下质量轻等优点，但是单机容量的日益提高，会引发风电齿轮箱的安装高度、质量也相应的增加，极大地增加了安装和以后维护的费用。因此对风电齿轮箱的部件进行轻量化设计以减轻质量是降低发电成本的一个重要途径。连续体拓扑优化是一项重要的

7、轻量化技术，通过对风电齿轮箱行星架的拓扑优化可以实现轻量化。本文以某兆瓦级风电机组的输入级行星架为研究对象，利用三维建模软件PROE建立其模型并适当的简化以供后续分析使用，同时采用ANSYS有限元软件对行星架应力、位移进行分析计算，计算表明原行星架设计过于保守。基于hyperworks的optistruct软件模块对原行星架进行轻量化设计，得到优化后的行星架结构，并对优化后的行星架进行有限元分析校核，最后将分析结果与原行星架分析结果进行对比。1原行星架建模行星架为双壁整体式结构，共有6个行星轮轴孔，左右壁通过连接板相连，左右侧圆柱面为轴承