銑齒設備芯軸翻轉裝置的設計與仿真分析

王寧+李萬垚

摘 要：7MW風機偏航系統齒輪主軸的銑齒設備需要定期維護和檢修，對其中的關鍵件芯軸設計了一種專用工具——翻轉裝置。根據芯軸的接口尺寸設計的翻轉裝置的結構具有翻轉角度大、運動靈活、易于操作等優點。對翻轉裝置進行仿真分析可知，整體變形不大，能實現正常的使用功能，結構整體的安全裕度較高。翻轉裝置能滿足銑齒設備芯軸的維護和檢修功能。

關鍵詞：銑齒設備芯軸；翻轉裝置；結構；仿真分析

中圖分類號：TM714 文獻標識碼：A

0.前言

7MV偏航系統齒輪主軸為了從根本上解決工作中打齒的問題，必須提高齒輪主軸的精度，使齒形和花鍵變形量減小。這就需要銑齒設備具有高的精度，特別是銑齒設備的芯軸。銑齒設備的芯軸質量較大、長度較長，對其進行翻轉比較困難，所以必須借助于專用工具來實現對其的維護和檢修，以滿足7MV偏航系統齒輪主軸中齒輪的加工精度問題。針對銑齒設備的芯軸設計了翻轉裝置并對其進行了仿真分析計算。

1.翻轉裝置

銑齒設備芯軸具有質量大和長度長等特點，所設計的翻轉裝置要能滿足銑齒設備芯軸的維修維護的要求。根據銑齒設備芯軸的接口尺寸設計的翻轉裝置的示意圖如圖1所示。

翻轉裝置主要由托盤、支架、底盤、外支撐腳、內支撐腳、推手、旋轉軸和輪子等組成。托盤是由提底板、圓環、壓板、拉手、補強板和旋轉軸等組成，是翻轉裝置的主要工作部件，通過旋轉軸旋轉可進行180°旋轉，從而達到將銑齒設備芯軸體放平或吊立的效果。支架是由立板、法蘭板、壓塊、補寬板和加強筋焊接組成，是翻轉裝置支撐托盤的主要部件，通過壓塊將托盤的旋轉軸固定，使托盤達到工作狀態。底盤是由槽鋼、補強板、墊板、連接板、端板、推手和推手立柱、加強筋、腳輪等組成，是翻轉裝置承載及運輸部件。通過腳輪和推手將翻轉裝置運送到指定地點，準備進行翻轉工作。支撐腿是由補空板、側板、上下板、圓弧板、支腳等組成，是翻轉裝置的支撐和固定部件。通過展開可調的支撐腿，將翻轉裝置固定在指定地點開始翻轉工作。

工作時將翻轉裝置推到指定位置，將外支撐腿向外打開后用定位銷定位，調整腳墊的高度使腳輪離地懸空，之后調整T型絲杠使其與地剛好接觸。工作時的示意圖如圖2所示。調整好翻轉裝置后，將泵與托盤連接好后可進行相應的翻轉工作。工作結束時，將泵與托盤分開，調整內支撐腳高度小于腳輪的高度，再調整腳墊的高度使腳輪著地后將外支撐腳收回到支架內部并用定位銷定位，調整推手高度后將翻轉裝置推送到合適的地方貯存并進行相應的維護保養，待下一次維修維護時使用。翻轉裝置移動及貯存時的狀態如圖1所示。

2.仿真分析

本次計算分析主要是考察翻轉裝置在加載重物后的整體強度情況，具體包括：考察翻轉裝置的整體變形情況，防止變形過大影響正常使用；考察關鍵承載件的強度，包括旋轉軸、銷軸、支撐腳、支架等，防止在承載條件下發生強度失效。

為了能夠更加精準地考慮結構的整體變形以及各個支腳的載荷分擔情況，需要同時考慮翻轉裝置安放位置的地面變形情況。假定廠房地面的墊層為剛性墊層，由水泥混凝土做成，厚度為100mm，水泥標號為C35，彈性模量為3e10Pa，泊松比為0.3。地基采用Winkler地基模型，土壤種類為人工夯實的黏土，其基床系數取196200kN/m3，數據參考中國船舶工業總公司第九設計院《彈性地基梁及矩形板計算》。

除螺栓件外設備主體材料采用Q235，其彈性模量為2.1e11Pa，泊松比為0.27，密度為7850kg/m3。

原始的設計模型中含有較多與結構強度無涉的附件，如推手等，在進行仿真計算之前將這些特征一并簡化去除。為提高分析精度和節省計算時間，在規則區域采用全六面體網格進行離散，在外形較為復雜的區域使用四面體，總體單元數量665960，節點數量736020。承載工件的總重為156800N（16t）。

根據加載核及網格的劃分可得整體位移情況如圖3所示，整體的應力云圖如圖4所示。根據圖3可知托盤y向最大位移為4.2mm，考慮到托盤由于約束的關系可能發生小的剛性位移，采用兩側位移取平均的方式進行修正，修正后托盤的實際撓度為3.86mm，不會影響正常的使用功能。根據圖4可知，最大應力值為108MPa，所用材料的屈服極限235MPa，結構整體的安全系數為2.18，安全裕度較高。

結論

通過仿真分析可知，翻轉裝置的整體位移很小不會影響使用，整體強度的安全裕度較高。翻轉裝置可以實現銑齒設備芯軸的維護維修的功能，可以用于工程實際。

參考文獻

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