基于SolidWorks的行星架有限元分析及优化设计

    0 引言

    在NGW型行星传动中，行星架是承受外力矩最大的零件。其结构设计和制造对各个行星轮间的载荷分配以及传动装置的承载能力、噪声和振动等有很大影响。结构合理的行星架应当具备重量轻、刚性好、便于加工和装配的特点。但基于传统力学方法所设计的行星架往往安全系数太高，导致其结构笨重。本文采用对行星架进行三维建模和有限元分析，并对其结构进行了优化设计，获得了重量更轻、同时满足强度和刚度要求的行星架结构参数。

    1 建立三维模型

    某行星架结构如图1所示，该行星架为双壁整体式结构，共具有6个行星轮轴孔，左右壁通过连接板相连，左右侧圆柱面为轴承位，右边套筒内制出键槽，通过平键与输出轴相连而输出扭矩。行星架材料为ZG55，屈服强度为340MPa，质量为26.94kg。利用基于特征的参数化造型功能可建立该行星架的精确模型。

    图1 行星架结构简图

    2 有限元网格划分

    在的Simulation模块下划分行星架的有限元网格。为保证有限元分析的精确度，选择较高的网格品质，并打开自动过渡功能，以使有限元模型在连接板与左右壁结合处等易产生较大应力的部位具有较大的网格密度，而其余部位的网格密度相对较小，这样可有效提高分析精度并控制计算规模。所形成的行星架有限元模型如图2所示，共有70893个节点，44530个单元。

    图2 行星架有限元网格模型

    3 载荷及边界条件

    该行星减速器基本工作参数：输入转速na=1000r／min，输入功率Pi=67.6kW，传动比i=8.08。

    则行星架输入扭矩

    输出扭矩TH=Tai=5218.55Nm

输出扭矩由行星架左右壁上的6个行星轮轴孔承受的法向推力所产生，各孔中心的分布圆半径r=0.0945m。该行星减速器的均载方式为太阳轮浮动，据此取载荷不均匀系数Kc=1.15。则每个轴孔所承受的推力

    将此推力按法向施加于各行星轮轴孔的半圆柱面上完成载荷的施加。

    根据行星架安装及运转方式，在左右侧外围柱面施加“轴承支撑”的边界条件。为防止可能导致结果奇异的旋转不稳定性，应将“稳定轴旋转”项设置为有效。

    对右边套筒内的键槽一侧工作平面施加“固定”约束。