行星傳動柔性銷均載特性分析

(中國飛機強度研究所，陜西 西安 710065)

0 引言

國內外行星傳動系統均載措施主要有控制公差，提高制造、安裝精度；中心構件浮動的均載措施；彈性構件均載技術[1-2]。柔性銷技術屬于彈性構件均載技術，它將行星輪固定在柔性的行星架上，達到行星齒輪間的載荷均布。柔性銷能夠在圓周方向獨立承受彎曲，這樣無論傳遞扭矩多大，都比較有利于行星齒輪間的載荷均勻分配[3]。

1 結構組成

柔性銷具有扭轉順從性，通過雙懸臂結構實現：兩個切向力施加于柔性銷行星齒輪上時，行星架上懸臂銷軸的彎曲引起的角度撓度可以由來自相反方向的懸臂套筒彎曲所引起的角度撓度抵消，這種結構保證了齒向的均載性[4-5]。結構如圖1。

圖1 柔性銷雙懸臂結構示意圖

2 模型建立

2.1 模型簡化

模型結構：柔性銷軸、行星架簡化模型、行星齒輪簡化模型。三維結構如圖2。

圖2 柔性銷三維簡化模型

2.2 邊界條件及載荷

以某行星輪系受載情況作為模擬工況，載荷大小：686.946 kN；柔性軸與行星架及軸套結合面處是過盈配合，利用FEA軟件ANSYS接觸模塊模擬，并定義初始過盈量；柔性軸與行星架及軸套兩端焊接部位采用節點耦合模擬；行星架(部分)側面全約束；齒輪與內齒圈、太陽輪嚙合面受力大小與方向均相同，如圖3。

圖3 柔性銷結構有限元載荷及邊界條件設置

3 計算結果

以下分別列出100%載荷和50%載荷時候，柔性銷軸的變形規律。并根據計算結果，提取了柔性軸中心線的位移曲線。

3.1 100%載荷

100%載荷時，有限元計算結果如圖4、圖5。

用最小二乘法對柔性銷軸右側懸臂結構位移進行擬合，得到變形函數：y=1.204+0.00285x，從而得到行星架上懸臂銷軸的彎曲引起的角度撓度為0.1633°，相對于周向線位移2.288 mm，此角度撓度可忽略不計。因此，100%載荷時柔性銷具有較好的扭轉順從性。

圖4 100%載荷時柔性銷軸整體位移云圖

圖5 100%載荷時柔性銷軸中心線上節點位移分布曲線

3.2 50%載荷

50%載荷時，有限元計算結果如圖6、圖7。

圖6 50%載荷時柔性銷軸整體位移云圖

圖7 50%載荷時柔性銷軸中心線上節點位移分布曲線

參照圖7中坐標系，采用最小二乘法對柔性銷軸右側懸臂結構位移進行線性擬合，得到變形函數：y=0.482+0.002623x，從而得到行星架上懸臂銷軸的彎曲引起的角度撓度為0.1503度，相對于周向線位移1.195mm，此角度撓度可忽略不計。因此，50%載荷時柔性銷具有較好的扭轉順從性。

4 均載特性

本文采用集中參數法建立行星傳動系統動力學方程[6]，如圖8。將行星傳動系統各構件看做剛性體，支承處、回轉副和嚙合副處剛度及阻尼用等效彈簧表示。假設：不計齒輪嚙合時摩擦力的影響；原動機和負載的慣性、輸入和輸出扭矩的波動忽略不計；采用集中質量模型，相同結構具有相同的物理參數及幾何參數；忽略各構件軸向移動自由度和非軸向扭轉自由度(模型中考慮的因素：太陽輪、N個行星輪、內齒輪、行星架的橫向振動和軸向扭轉，齒輪嚙合綜合誤差，齒輪副嚙合間隙，嚙合剛度)因此，每個構件有三個自由度：2個徑向移動自由度和1個軸向扭轉自由度，整個系統有3(3+N)個自由度。

圖8 行星傳動多自由度動力學模型

計算得柔性銷支承剛度kn=1.67×106N/m，帶入多自由度動力學模型，其他參數不變，求解得到方程數值解，最終得到柔性銷動力學均載特性，如圖9。

從圖9可看出系統動力學載荷分配不均勻系數為1.04。可見采用柔性銷均載裝置具有較好的均載特性。

圖9 柔性銷均載系統動力學載荷分配不均勻系數

5 結論

通過對行星傳動柔性銷結構模擬計算，得到以下結論：1)柔性銷結構具有較好的扭轉順從性；2)柔性銷結構的行星傳動系統具有較好的均載特性。