卢舟燕，赵治军，李柳

(煤炭科学研究总院上海分院，上海200030)

    摘  要：为了保证辊压机用行星减速器行星架的设计合理性，利用ANSYS软件建立了行星架的有限元模型，并对行星架进行了有限元分析，得到了行星架的应力分布及位移，验证了行星架强度的可靠性，从而为行星架的设计和制造提供了可靠的数据和方法。

    关键词：双侧板行星架；有限元模型；应力；位移

    中图分类号：THl32.46文献标志码：A文章编号：1003—0794(2009)12—0089—02

LU Zhou - yan, ZHAO Zhi - jun, LI Liu

(Shanghai Branch, China Coal Research Institute, Shanghai 200030, China)

    Abstract: In order to assure the design validity of planetary carrier of the roller press planetary reducer. The FEM model of planetary carrier is built by ANSYS, and the strength is analyzed. The distribution of the deformation and stress of planetary carrier has been obtained. The strength of the planetary carrier reliability is proved. This gives a theoretical basis for the reliability optimization design and manufacture of the planetary carrier.

    Key words: bilateral board planetary carrier; finite element model; displacement; stress

    行星架是行星减速器中的一个较重要的构件。结构合理的行星架应当是外廓尺寸小，质量小，具有足够的强度和刚度，动平衡性好，能保证行星轮间的载荷分配均匀。本文所研究行星架的结构较复杂，且行星架承受减速器的输出转矩，行星架在受力后所产生的变形直接影响到齿轮副的受力状况。由于该行星架是一个不规则的三维实体，用传统的模拟简化分析很难计算出此行星架所受的应力以及其受力后产生的变形大小，本文采用ANSYS对其进行有限元分析计算，最后得到行星架的应力和位移分布情况，在满足强度要求的前提下为减速器的设计、制造提供了可靠的依据。

    本文所分析的行星架为该辊压机减速器的第3级行星架，该行星架结构采用双侧板整体式，侧板两端面均有凸缘。

    行星架主要尺寸如图1所示，行星架的材料为ZG35CrMo．密度为7.8~10³kg／m³，许用应力为740~880MPa．弹性模量202GPa，泊松比0.3，减速器输出转矩为442kNm，输出转速为21r／min。

    行星架的主要结构为回转体，可直接在ANSYS里用至下而上的方法先生成关键点；再由点连成线；由线围成面；再由面旋转成体。最后用至上而下的方法生成几个圆柱体、长方体、再通过布尔运算相减就能得到完整的三维实体模型，为了使计算结果准确，其轴颈部位各细小的结构如小圆角、小台阶等都没有省略。选用三维实体单元SOLID92为行星架有限元网格单元，自动进行网格划分生成有限元模型如图2所示。

    根据减速器的特性，减速器在运转工作时，行星架上主要承受2个方面的作用力：

    (1)行星架上安装心轴的孔受到的压力，压力的大小可通过对心轴的分析得出左侧F_z=213.92kN，右侧F_y=198.08kN。在进行有限元分析时，在行星架上的心轴孔内沿圆周方向施加面载荷，将其均匀地施加在压力方向的各个节点上。

    (2)行星架输出轴端受到的压力，将输出轴端所承受的转矩等效为输出端内壁上的压力，压力F=2562.32kN。在进行有限元分析时，将其均匀地施加在内壁的各个节点上。

    根据行星架安装的结构形式，行星架左、右凸缘处由轴承支撑，右端轴输出转矩，对于三维有限元物理模型，可在左、右侧凸缘边界节点上施加3个方向的位移约束，从以上分析可得有限元受力模型如图3所示。

    ANSYS中包括2种结果分析：通用后处理和时间历程后处理。由于对行星架的有限元分析是静态分析，所以采用通用后处理器进行分析，得出行星架的应力和变形图。

    图4为辊压机减速器行星架的应力分布图，所受应力较大的部位出现在左端凸缘与侧板的连接处，同时行星架心轴孔处的应力也较大。从y、z方向应力图可看出应力主要分布在圆周方向，在径向方向应力分布较小。由应力分布图可以得到行星架的最大应力为214.793MPa，与许用应力相比安全系数较大，故行星架强度满足要求，可以安全工作。

    行星架在弯矩的作用下，其左侧板相对于右侧板产生了一个扭转角。图5给出了行星架在外力作用下的变形情况，行星架结构有一定的强度储备，位移最大值为0.081754mm，满足刚度要求。

    (1)通过有限元分析，得到了行星架应力分布的情况，同时也校核了行星架的刚度。

    (2)行星架最大应力发生在左端凸缘与侧板的连接处，在设计时，可以适当增大左端凸缘与侧板连接处的圆角过渡，减小应力集中。

    (3)本文提出的有限元分析方法可以为行星架的优化设计、制造提供方法和依据。

[1]江耕华，顾永寿．齿轮减速器的结构与计算[M]．上海：上海科学技术出版社，1982．

[2]饶振纲．行星齿轮传动设计[M]．北京：化学工业出版社，2003．

[3]王勖成．有限元法[M]．北京：清华大学出版社，2003．

[4]尚晓江，邱峰，赵海峰，等．ANSYS结构有限元高级分析方法与范例应用[M]．北京：中国水利水电出版社，2006．

作者简介：卢舟燕(1981一)，江苏东台人，硕士，2007年毕业于中国矿业大学，现在从事减速器及带式输送机元部件的开发工作，电子信箱：dt_luzhouyan@163. com.