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基于OptiStruct的行星转架自由形状优化

2018/2/19    来源:互联网    作者:桂翔      
关键字:OptiStruct  齿轮箱  行星转架  自由形状优化  
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。

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。

    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

2.2 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。

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    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。

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    图3 自由形状优化设计节点

责任编辑:张纯子
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