基于有限元分析的斗輪驅動減速機行星架研究

敬宗杰

摘要 隨著經濟的不斷發展科學技術的不斷提高，進而通過利用軟件來對行星架進行有限元的分析，進而很好的得到了應力的云圖以及位移的云圖，同時也能夠很好的得出原來設計的剛度不足等情況。通過對增加中空連梁壁的厚度以及重新的對有限元進行分析，進而顯示出行星架的剛度得到了很好的提高，并且也使原有的應力集中部位的應力水平出現比較明顯的下降。本文主要是對有限元分析的斗輪驅動減速機行星架進行研究，進而提出了以下內容。

關鍵詞：有限元；斗輪驅動；減速機；行星架

引言

所謂的斗輪轉速機主要就是斗輪堆取料機的核心部件，其多數都是從國外進口而來，并且價格相對來說比較高，然而在該減速機當中，行星架使其關鍵的零件之一。在以往的設計過程中對于行星架的設計主要是采用類比法或者是材料力學的方法，然而因為其結構比較復雜，通過采用力學的原理很好計算出其內部的應力分布情況，也沒有辦法判斷其剛度是否滿足設計的要求。與此同時也沒有辦法對其進行優化設計，對于某些特殊的結構也沒有經驗公式可以遵循，所以，行星架的設計也成為了減速機設計過程中的一個難點。

1.關于行星架的設計

所謂的斗輪機的減速機末端的傳動主要是采用NGW型號的行星傳動，并且其太陽輪是作為輸入的構件，然而輸出的構件則是行星架。對于行星架來說，如果其結構合理那么其外形應該是尺寸小以及質量輕，同時也具有著足夠的剛度以及強度、動平衡性十分的好，進而能夠很好的保證每個行星輪之間的荷載得到均勻的分布，同時也應該要具有著良好的加工工藝。根據上述因素的綜合考慮，必須要將其設計成為雙臂整體式的，并且每一個主要結構的尺寸必須要根據有關公式對齊進行驗算。關于行星架的材料主要是ZG35CrMo，在對材料進行過調質處理之后其抗拉的強度能夠大于等于六百八十六兆帕，屈服的強度是大于等于五百一十兆帕，在扭轉的荷載作用之下所允許的應力是等于三百六十兆帕。

2.關于有限元的分析

2.1要建立起行星架的三維模型

再通過計算機軟件來對行星架建立起三維的模型，以此來保證其分析的結果更加的準確性，并且在每個接觸面以及過度的位置上要全部的根據實際的尺寸來建立起有關的圓角特征，與此同時為了能有效的避免劃分網格過程中所產生了過度扭曲單元，進而要把以前模型當中左邊凸起的邊緣和左邊輸出軸和右邊連接位置十毫米寬的軸承用直徑是十的圓角來進行代替，對于這種形式的修改并不會影響到行星架的剛度以及強度，同時在進行計算的結果也相對來說是比較安全的。

2.2關于添加荷載以及約束

通過資料可以知道，太陽輪的傳遞額定功率是在二百五十千瓦，其轉速是在每分鐘二十三點六三六轉，其使用的系數是在一點三，那么作用在太陽輪上面的扭矩計算公式為：

TA=（9594×P×KA）/n=131301N·m

在該行星的機構當中其主要是含有這三個行星輪，并且太陽輪以及行星輪全部都是直徑，太陽輪的分度園半徑是在一百六十二毫米。進而考慮到每個行星輪之間的荷載分配的并不均勻，其引入的荷載系數為一點一五，那么行星輪所收到的切向荷載為：

Fc=（2×1000×TA/CS×rA）×Kc=621393N

關于行星輪軸列的靜力平衡方程可以求出行星輪軸對于左邊所產生的壓力荷載是在313398.5N，其對于右面的荷載是在307994.5N。進而得知，行星輪對于軸孔的壓力是沿著接觸面進行的，同時其分布的情況并不是均勻的。

在根據行星架的支撐方式以及工作的特點可以知道，在行星架的左邊凸起以及輸出軸上面安裝軸承的位置上分別的施加徑向約束，那么對于輸出軸的末端孔內以及外圓也要全部施加固定的約束。

2.3關于有限元網格的劃分

在對網格進行劃分的過程中，其主要是通過軟件的利用來對有限元進行分析，并且在分析完成所得到的結果主要是取決于網格的質量以及密度等，一般情況下如果網格越發的精細，那么所分析得出的結果將會更加的接近實際情況，但是所存在的計算量也會不斷的加大。與此同時也要對網格的質量進行檢查，如果扭曲過度將會導致單元的應力出現奇異的現象，進而導致分析的結果存在著比較大的誤差。通過利用軟件來對自動網格的功能進行劃分，同時要選擇十個節點的二階實體四面體的單元來對網格進行打開自動過度的功能。其模型當中所具有的節點主要是在534254個，存在著的單元數是在353445個，然而對于單元的最大高度和寬度的比例是在15.155。然而對于所有要求的計算精度來說，對于這樣的單元格其密度和質量是相對來說比較理想的。

3.關于結構的優化

所謂的優化其重要的目標就是要提高行星的剛度，同時也不會影響到外形的尺寸，并且也不會對整個行星機構中原來的結構產生一定的影響。通過優化將行星架的連梁壁厚由以前的二十毫米厚增加到三十五毫米厚，并且要保證其結構的尺寸不發生改變，進而重新的建立模型并且對有限元進行分析。

通過分析能夠知道行星架的剛度以及強度得到了很好的提供，同時原來的應力集中部分也應力情況也得到了明顯的下降。其最大的應力是發生在右邊壁和輸出軸的連接部位，并且其對應的Von Mises的應力是在二百三十點八兆帕左右，進而和優化之前的二百四十五兆帕相比較變化并不是很大，并且對于該部分的設計在日后依然需要不斷的提高。

4.總結

根據上述內容可以知道，通過利用軟件來對行星架進行有限元的分析，進而能夠很好的幫助準確的掌握行星架的應力分布情況以及位移的特點，同時也能夠有效的避免根據經驗公式設計所存在的不足之處，通過分析能夠為行星架的結構優化提供更加可靠的數據支持，同時也能夠更好的提供整機的承載能力以及傳動性，進而具有著十分重要的作用。

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