偏航齿轮箱行星架的性能分析及结构优化设计

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1、硕士学位论文偏航齿轮箱行星架的性能分析及结构优化设计PerformanceAnalyzeandStructuralOptimizationDesignofthePlanetCarrierinYawGearbox学号：21QQ垒!墨Q完成日期：2013．05大连理工大学DalianUniversityofTechnologylllllllIIlIIIUllfrIJlUlY2415525大连理工大学学位论文独创性声明作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已经注明引用内容和致谢的地方外，本论文不包含其他个人或集体已经发表的研

2、究成果，也不包含其他已申请学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。学位论文题目：鱼鱼塑塑垫整兰董墨玺的生蛸堕垫隧掏!型丝终计作者签名：j委熟瘟日期：兰里』三年—L月二L日大连理工大学硕士学位论文摘要行星架是行星减速器中承受扭矩最大的零件，它对行星轮间载荷分配有很大的影响，如何准确地得到行星架的应力和位移，并对其结构进行改进，得到一种质量小、性能好的行星架结构，对提高行星齿轮箱的高可靠性和轻量化设计具有十分重要的意义。本课题源于国家支撑计划“7MW级风电机组及关键部件设计和

3、产业化技术”(NO．2012BAA01805)。本文以风电偏航齿轮箱行星架为研究对象，对齿轮的啮合刚度、轴承的支承刚度和花键连接作用结合面进行等效处理；建立行星架有限元等效模型，并对其进行静强度分析；分析行星架的部分结构参数对其应力和变形的影响；以柔度最小为目标函数对行星架进行拓扑优化设计，根据优化结果进行概念设计，最后进行结构设计。首先，根据力的传递路径，利用转速、转矩和力平衡原理对偏航齿轮箱的行星架及其他相关构件进行受力分析，根据给定的电机额定转速和齿轮箱输出扭矩计算各级行星传动行星轮轴的支反力。其次，基于有限元法计算齿轮的啮合刚度，将齿轮啮合刚度用沿着啮合线方向的弹簧

4、进行等效；利用简易计算公式计算轴承支承刚度，将支承刚度用径向弹簧进行等效，根据接触滚子的数目确定弹簧数目；基于APDL语言对行星架进行参数化建模，对行星架花键结合面采用多种弹簧布置形式进行等效处理，得到较为理想的等效形式。接着，对行星架进行有限元强度分析，考虑啮合刚度、支承刚度和花键连接的作用。分析了齿轮啮合刚度、轴承支承刚度及行星架的双壁间距和孔的直径对行星架应力和变形的影响。结果表明，轴承的支承刚度对行星架的应力影响不能忽略，花键结合面等效形式不同对行星架的应力影响较大，而齿轮的啮合刚度只起到传递力的作用，在建模中可以以恒定数值代替；行星架在双臂间距离为90mm，行星轮

5、轴配合孔直径为46mm时，行星架的应力最小，变形几乎相同。最后，以行星架的柔度最小为目标函数，分别以重要位置节点位移最小、体积最小为约束建立拓扑优化数学模型。基于Hyperworks平台进行拓扑优化，根据材料分布进行概念设计，考虑力学性能和制造工艺进行结构优化。优化后行星架的性能有一定的提高，以行星架柔度最小，以体积最小、关键位置位移最小约束时，其位移分别降低了15．61％，16．66％，质量分别减少了18．14％，11．83％，应力一个减少13．16％，一个基本不变，达到了优化设计目的。这种方法对行星架设计及改进具有很好的指导意义。关键词：行星架；支承刚度；强度分析；概念

6、设计；结构优化一．．堡堕堕笙笪堑星鲞塑竺墼坌堑墨坌塑垡些丝盐---———●_________-_————_—__-_____—●————--_--_______●———__-●________l—__●——————————————一一一PerformanceAnalyzeandStructuralOptimizationDesignofthePlanetCarrierinYawGearboxAbstractPlanetcarrieristhepansofplanetaryreducerwhichwithstandthemaximumtorque·ItlSgreatinflu

7、encetotheloaddistributionbetweentheplanetary．Therefore，howtogett11estressanddisplacementoftheplanetcarrieraccuratelyandtoimproveltsstructure，toresearchalighterandbiggerstiffnesscarrierstructureiSveryimportantwhichhassignificanceMrimprovingthehighreliabilityand