1 有限元模型的建立
輥壓機輸出行星架結構比較復雜,為了減少計算量,將不會給結果帶來嚴重影響的結構進行了簡化:輥壓機減速器以輸出空心軸為負載輸出,以行星軸孔徑向圓周載荷為動力,故可以將行星架兩端的軸承(SKF軸承磨削氧化物的硬度與相對磨損率 )座忽略,將輸出軸設置為全約束并將其轉換至行星架輸出軸孔,然后對行星軸孔進行加載分析。
1.1 三維模型的建立 用PRO/E軟件創(chuàng)建行星架的簡化三維實體造型。行星架的材料選擇為ZG45,為彈塑性線性材料,取楊氏模量200GPa,泊松比為0.3,用solid元素8node45號四面體單元對其進行網格劃分,并對筋柱進行局部細化處理。
1.2 邊界條件 由于行星架只承受扭矩作用,故理論上在圓柱坐標系中,整個行星架只有一個角度自由度,故將行星架輸出軸設置為相對固定即將行星架圖示的約束面進行全約束;同時將每個行星軸孔沿圓周方向施加53157N的載荷。
2 仿真結果分析
2.1 行星架的應力分析 通過對節(jié)點的應力檢查,筋柱與法蘭連接處的應力值為38MPa,滿足強度要求。由于筋柱若截面在徑向處厚度較大并與兩側法蘭厚度相差太大時,則在筋柱與法蘭連接處易產生鑄造缺陷,所以在進行優(yōu)化設計時將筋柱截面徑向厚度適當降低,同時調整連接處的過渡圓角,使其有良好的鑄造工藝性,并重新進行應力分析比較。利用有限元模擬分析的結果對行星架結構進行優(yōu)化設計,能有效提*行星架的可靠性。
2.2 行星架的剛度分析 由于受多個行星輪的行星架結構限制,導致行星架筋柱的抗彎截面系數下降,剛性降低,行星架的非約束法蘭相對約束法蘭產生了一個轉角,同時筋柱也在其徑向方向產生了一個撓度。
對同軸線的兩個行星軸孔平均位移進行檢查,得到的平均相對位移為3.75um,與齒輪副的精度進行比較,可滿足剛度要求。對于5個行星輪機構或者4個行星輪大速比機構而言,筋柱的抗彎截面系數*低,這樣設計時需要進行嚴格的優(yōu)化設計以提*行星架的性能,保證齒輪副的正常傳動。
3 結論 基于ANSYS的平臺,對輥壓機行星減速器的行星架進行靜力加載分析,得到了行星架應力分布的規(guī)律,并得到了危險截面處的應力數據,同時也校核出了行星架的剛性。同時利用有限元分析的模擬加載數據,對行星架進行了優(yōu)化設計,滿足了行星架的強度和剛度要求,提*了減速器的整體性能。