基于交流變頻電動(dòng)頂驅(qū)系統(tǒng)下齒輪箱體的結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析

杜萍

摘 要：本文主要對(duì)齒輪箱體結(jié)構(gòu)優(yōu)化相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行分析，著重探究交流變頻電動(dòng)頂驅(qū)系統(tǒng)下齒輪箱體結(jié)構(gòu)優(yōu)化。齒輪箱體結(jié)構(gòu)優(yōu)化，有利于保證齒輪箱體結(jié)構(gòu)剛度的安全設(shè)計(jì)，保證齒輪箱體的最優(yōu)結(jié)構(gòu)，從而保證最佳的設(shè)計(jì)方案。通過(guò)對(duì)齒輪箱體結(jié)構(gòu)優(yōu)化相關(guān)內(nèi)容分析，以期為相關(guān)工作人員提供有效參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：交流電頻;電動(dòng)頂驅(qū)系統(tǒng);下齒輪箱體;結(jié)構(gòu)優(yōu)化

中圖分類(lèi)號(hào)：TE951 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

現(xiàn)階段，隨著技術(shù)發(fā)展，頂驅(qū)技術(shù)應(yīng)用的范圍也在不斷拓展。在交流變頻電動(dòng)頂驅(qū)系統(tǒng)中，齒輪箱是重要部件，其能夠?qū)λ秀@具的法向荷載以及重力有效承受，同時(shí)借助銷(xiāo)軸，連接提環(huán)。因此，對(duì)齒輪箱體結(jié)構(gòu)優(yōu)化有重要的作用和價(jià)值，能夠促進(jìn)其相關(guān)工藝水平優(yōu)化，促進(jìn)相應(yīng)的生產(chǎn)工作。

1 建立下齒輪箱參數(shù)化模型

（1）借助相關(guān)參數(shù)化語(yǔ)言，建立下齒輪箱體全參數(shù)化幾何模型，借助模型參數(shù)分析得到幾何設(shè)計(jì)模型不同方面的數(shù)據(jù)。對(duì)網(wǎng)格參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整以及設(shè)定，形成結(jié)構(gòu)化有限元網(wǎng)模型。（2）網(wǎng)格模型建立后，選擇材料。選擇材料時(shí)，需要計(jì)算下齒輪箱體強(qiáng)度，同時(shí)要注意考慮材料不同方面的數(shù)值，進(jìn)行相應(yīng)的對(duì)比。（3）對(duì)邊界、荷載條件有效明確。結(jié)合交流變頻電動(dòng)頂驅(qū)系統(tǒng)中實(shí)際的約束情況以及實(shí)際受力情況，借助相關(guān)語(yǔ)言定義，對(duì)下齒輪箱體施加的約束和荷載有效明確。同時(shí)，還要對(duì)沖擊情況以及重載情況有效考慮，并以相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，明確相應(yīng)的有限元計(jì)算模型[1-2]。

以某結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為例，該設(shè)計(jì)中主要的備選材料包括42CrMo、35CrMo、20CrMo，其中42CrMo的彈性模量為212Gpa，泊松比為0.280，屈服極限為930Mpa;35CrMo的彈性模量為213Gpa，泊松比為0.286，屈服極限為835Mpa;20CrMo的彈性模量為210Gpa，泊松比為0.278，屈服極限為685Mpa。對(duì)比可知，三種材料有較為接近的泊松比以及彈性模量。在選擇材料時(shí)，對(duì)材料的彈性模量值設(shè)為212Gpa，0.280為泊松比，隨后明確應(yīng)力值，比較屈服極限，為選擇材料提供有效的參考和借鑒。APDL全參數(shù)化建立的幾何模型如圖1所示。

2 校核下齒輪箱剛度和強(qiáng)度

為了對(duì)下齒輪箱的剛度以及強(qiáng)度特性明確，可以將下齒輪箱結(jié)構(gòu)示意圖放置于平面和柱面內(nèi)，平面為水平接觸面，主要承載主軸，柱面為周向接觸面，主要對(duì)法蘭周面以及承周面承載。在極限荷載條件下，其變形程度與齒輪箱軸系的可靠性、安全性之間有著密切的關(guān)系，因此，需要保證強(qiáng)度的基礎(chǔ)上，對(duì)極限荷載下的變形程度有效分析，從而明確結(jié)構(gòu)剛度。借助相關(guān)的設(shè)計(jì)要求以及標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)沖擊工況荷載的影響進(jìn)行充分考慮，并借助相應(yīng)的計(jì)算明確箱體銷(xiāo)軸最大應(yīng)力參數(shù)[3]。APDL全參數(shù)化建立的網(wǎng)格模型如圖2所示。

3 優(yōu)化下齒輪箱體結(jié)構(gòu)分析

在對(duì)下齒輪箱體剛度設(shè)計(jì)的過(guò)程中，底部壁厚以及側(cè)壁壁厚對(duì)下齒輪箱體剛度造成較大的影響。在具體設(shè)計(jì)的過(guò)程中，箱體的抗彎能力與側(cè)壁壁厚之間有密切的關(guān)系，箱體法向抗彎能力與底部壁厚之間有密切的關(guān)系。因此，在進(jìn)行計(jì)算過(guò)程中，需要將底部壁厚以及側(cè)壁壁厚考慮為設(shè)計(jì)變量。相關(guān)人員對(duì)下齒輪箱體側(cè)壁壁厚以及底部壁厚相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行研究，得出的結(jié)論包括：下齒輪箱的底部壁厚以及側(cè)壁壁厚越大，會(huì)降低銷(xiāo)軸處的最大應(yīng)力，使得底部壁厚以及側(cè)壁壁厚有相當(dāng)?shù)匿N(xiāo)軸最大應(yīng)力;較大的底部壁厚以及側(cè)壁壁厚，會(huì)降低變形撓度;較大的底部壁厚以及側(cè)壁壁厚會(huì)使得柱面有較小的收縮變形等[4]。底部壁厚與側(cè)壁壁厚對(duì)下齒輪箱結(jié)構(gòu)的影響見(jiàn)表1。

借助不同方面結(jié)構(gòu)的分析，能夠?qū)顟B(tài)變量、優(yōu)化變量之間的關(guān)系有效明確，從而對(duì)下齒輪箱體結(jié)構(gòu)有效優(yōu)化。在實(shí)際對(duì)下齒輪箱體設(shè)計(jì)的過(guò)程中，提環(huán)銷(xiāo)軸處應(yīng)力最大應(yīng)為628Mpa，選擇合適的材料，從而保證結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，對(duì)設(shè)計(jì)的安全性、可靠性有效增強(qiáng)。借助垂直載荷作用，會(huì)出現(xiàn)明顯的法向變形，承載法蘭接觸面以及箱體是最突出的變形位置，結(jié)合不同剛度參數(shù)來(lái)看，能夠?qū)ο慢X輪箱結(jié)構(gòu)剛度的可靠性、安全性有效保證。在對(duì)底部壁厚以及側(cè)壁壁厚分析的過(guò)程中，需要首先明確底部壁厚以及側(cè)壁壁厚對(duì)下齒輪箱造成影響，因此，需要對(duì)不同變量之間的關(guān)系有效優(yōu)化[5]。在對(duì)結(jié)構(gòu)參數(shù)化設(shè)計(jì)過(guò)程中，得到幾何參數(shù)的剛度、強(qiáng)度結(jié)果比較容易，能夠?qū)罄m(xù)設(shè)計(jì)工作的效率有效改善。在未來(lái)發(fā)展過(guò)程中，相關(guān)研究人員應(yīng)加強(qiáng)對(duì)交流變頻電動(dòng)頂驅(qū)系統(tǒng)下齒輪箱體結(jié)構(gòu)優(yōu)化的研究，從而促進(jìn)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和優(yōu)化，保證相應(yīng)生產(chǎn)工作的效率和質(zhì)量。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，在交流變頻電動(dòng)頂驅(qū)系統(tǒng)中，下齒輪箱體在其中發(fā)揮著十分重要的作用，因此，對(duì)下齒輪箱體結(jié)構(gòu)優(yōu)化，能夠促進(jìn)相應(yīng)的生產(chǎn)工作的效率、質(zhì)量提升。在實(shí)際對(duì)下齒輪箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化的過(guò)程中，研究人員要注意明確不同變量之間的關(guān)系以及對(duì)下齒輪箱體的影響，從而優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。

參考文獻(xiàn)

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