1 概述
如今齿轮箱中大多采用行星传动,行星传动较普通齿轮传动有很多优点。它的显著特点就是在传递动力时它可以进行功率分流,同时输入与输出具有同轴性;另外它还具有以下优点:第一,体积小,质量小,结构紧凑,承载能力大;第二,传动效率高;第三,传动比较大,可以实现运动的合成与分解;第四,运动平稳、抗冲击和振动能力较强。由于行星传动具有以上优点,所以行星齿轮传动广泛应用于工程机械、矿山机械、冶金机械、起重运输机械等。
在行星设计当中,行星架也是一个重要的部件,行星架的刚度和强度在设计中比较重要,通过有限元方法对其进行静强度分析可以得到其变形和应力分布,某些地方可能出现应力集中现象,此时我们就需要通过一些优化方法对设计进行改进。本文以某行星齿轮箱的行星转架为例,借助Altair公司OptiStruct软件模块中的自由形状优化功能,对行星转架销轴圆角处的形状进行了自由形状优化,减小了其应力集中。
2 有限元模型的建立
将行星转架三维模型导入HyperMesh中,进行网格划分,其中优化圆角部分采用密集的六面体网格划分,其他部分则采用四面体网格划分。
2.1 网格划分
网格划分如图1所示,网格模型节点数和单元数见表1。
图1 划分完网格的行星转架
网格模型节点数和单元数见表1:
表1 行星转架的节点数和单元数
2.2 材料与属性
计算中所使用的材料参数如下:
QT700-2的材料参数:
弹性模量:169GPa
材料密度:7.9e+3kg/m3
泊松比:0.305
长度单位为:mm
2.3 行星转架有限元模型受力和约束图
工况:
每个销轴都承受轴承载荷,采用正弦压力载荷加载,螺栓孔处全约束。力和约束的加载见图2。
图2 行星转架的力和约束图
3 优化设置
(1)确定设计节点
由有限元分析知销轴圆角出等效应力较大,因此选取其表面节点作为设计节点,如图3所示。
图3 自由形状优化设计节点