基于有限元分析的斗轮驱动减速机行星架研究

敬宗杰

摘要 随着经济的不断发展科学技术的不断提高，进而通过利用软件来对行星架进行有限元的分析，进而很好的得到了应力的云图以及位移的云图，同时也能够很好的得出原来设计的刚度不足等情况。通过对增加中空连梁壁的厚度以及重新的对有限元进行分析，进而显示出行星架的刚度得到了很好的提高，并且也使原有的应力集中部位的应力水平出现比较明显的下降。本文主要是对有限元分析的斗轮驱动减速机行星架进行研究，进而提出了以下内容。

关键词：有限元；斗轮驱动；减速机；行星架

引言

所谓的斗轮转速机主要就是斗轮堆取料机的核心部件，其多数都是从国外进口而来，并且价格相对来说比较高，然而在该减速机当中，行星架使其关键的零件之一。在以往的设计过程中对于行星架的设计主要是采用类比法或者是材料力学的方法，然而因为其结构比较复杂，通过采用力学的原理很好计算出其内部的应力分布情况，也没有办法判断其刚度是否满足设计的要求。与此同时也没有办法对其进行优化设计，对于某些特殊的结构也没有经验公式可以遵循，所以，行星架的设计也成为了减速机设计过程中的一个难点。

1.关于行星架的设计

所谓的斗轮机的减速机末端的传动主要是采用NGW型号的行星传动，并且其太阳轮是作为输入的构件，然而输出的构件则是行星架。对于行星架来说，如果其结构合理那么其外形应该是尺寸小以及质量轻，同时也具有着足够的刚度以及强度、动平衡性十分的好，进而能够很好的保证每个行星轮之间的荷载得到均匀的分布，同时也应该要具有着良好的加工工艺。根据上述因素的综合考虑，必须要将其设计成为双臂整体式的，并且每一个主要结构的尺寸必须要根据有关公式对齐进行验算。关于行星架的材料主要是ZG35CrMo，在对材料进行过调质处理之后其抗拉的强度能够大于等于六百八十六兆帕，屈服的强度是大于等于五百一十兆帕，在扭转的荷载作用之下所允许的应力是等于三百六十兆帕。

2.关于有限元的分析

2.1要建立起行星架的三维模型

再通过计算机软件来对行星架建立起三维的模型，以此来保证其分析的结果更加的准确性，并且在每个接触面以及过度的位置上要全部的根据实际的尺寸来建立起有关的圆角特征，与此同时为了能有效的避免划分网格过程中所产生了过度扭曲单元，进而要把以前模型当中左边凸起的边缘和左边输出轴和右边连接位置十毫米宽的轴承用直径是十的圆角来进行代替，对于这种形式的修改并不会影响到行星架的刚度以及强度，同时在进行计算的结果也相对来说是比较安全的。

2.2关于添加荷载以及约束

通过资料可以知道，太阳轮的传递额定功率是在二百五十千瓦，其转速是在每分钟二十三点六三六转，其使用的系数是在一点三，那么作用在太阳轮上面的扭矩计算公式为：

TA=（9594×P×KA）/n=131301N·m

在该行星的机构当中其主要是含有这三个行星轮，并且太阳轮以及行星轮全部都是直径，太阳轮的分度园半径是在一百六十二毫米。进而考虑到每个行星轮之间的荷载分配的并不均匀，其引入的荷载系数为一点一五，那么行星轮所收到的切向荷载为：

Fc=（2×1000×TA/CS×rA）×Kc=621393N

关于行星轮轴列的静力平衡方程可以求出行星轮轴对于左边所产生的压力荷载是在313398.5N，其对于右面的荷载是在307994.5N。进而得知，行星轮对于轴孔的压力是沿着接触面进行的，同时其分布的情况并不是均匀的。

在根据行星架的支撑方式以及工作的特点可以知道，在行星架的左边凸起以及输出轴上面安装轴承的位置上分别的施加径向约束，那么对于输出轴的末端孔内以及外圆也要全部施加固定的约束。

2.3关于有限元网格的划分

在对网格进行划分的过程中，其主要是通过软件的利用来对有限元进行分析，并且在分析完成所得到的结果主要是取决于网格的质量以及密度等，一般情况下如果网格越发的精细，那么所分析得出的结果将会更加的接近实际情况，但是所存在的計算量也会不断的加大。与此同时也要对网格的质量进行检查，如果扭曲过度将会导致单元的应力出现奇异的现象，进而导致分析的结果存在着比较大的误差。通过利用软件来对自动网格的功能进行划分，同时要选择十个节点的二阶实体四面体的单元来对网格进行打开自动过度的功能。其模型当中所具有的节点主要是在534254个，存在着的单元数是在353445个，然而对于单元的最大高度和宽度的比例是在15.155。然而对于所有要求的计算精度来说，对于这样的单元格其密度和质量是相对来说比较理想的。

3.关于结构的优化

所谓的优化其重要的目标就是要提高行星的刚度，同时也不会影响到外形的尺寸，并且也不会对整个行星机构中原来的结构产生一定的影响。通过优化将行星架的连梁壁厚由以前的二十毫米厚增加到三十五毫米厚，并且要保证其结构的尺寸不发生改变，进而重新的建立模型并且对有限元进行分析。

通过分析能够知道行星架的刚度以及强度得到了很好的提供，同时原来的应力集中部分也应力情况也得到了明显的下降。其最大的应力是发生在右边壁和输出轴的连接部位，并且其对应的Von Mises的应力是在二百三十点八兆帕左右，进而和优化之前的二百四十五兆帕相比较变化并不是很大，并且对于该部分的设计在日后依然需要不断的提高。

4.总结

根据上述内容可以知道，通过利用软件来对行星架进行有限元的分析，进而能够很好的帮助准确的掌握行星架的应力分布情况以及位移的特点，同时也能够有效的避免根据经验公式设计所存在的不足之处，通过分析能够为行星架的结构优化提供更加可靠的数据支持，同时也能够更好的提供整机的承载能力以及传动性，进而具有着十分重要的作用。

参考文献：

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