履带车辆变速机构行星排框架优化仿真分析

2008年第3期 车辆与动力技术 Vehicle＆PowerTechnology 总第111期 文章编号：1009—4687(2008103—0053—03 履带车辆变速机构行星排框架优化仿真分析 程 燕， 王明成， 张 鹤 (中国北方车辆研究所车辆传动国家重点实验室，北京10072) 摘要：以变速机构行星排框架为研究对象，采用专用传动分析软件Masta和有限元分析软件Ansys对其进行结 构分析，并针对仿真分析结果对其进一步结构优化，最终达到减重结果． 关键词：行星排框架；Ansys；Masta；CAE 中图分类号：TP391．9 文献标识码：A AnalyzingthePlanetaryFrameofoneTracklayerTransmission CHENGYan， WANGMing-cheng，ZHANGHe (ChinaNorthVehicleResearchInstituteNationKeyLabVehicleTransmission，Beijing100072，China) Abstract：Thearticleanalyzedtheplanetaryframeofonetrackvehicleshiftgearbox．makinguseofthe specialtransmissionsoftwareMastaandthefiniteanalysissoftwareAnsys．Accordingtothesimultion他- 吼dts，weoptimizeditsstructureanddecreaseditsweight． Key word word文档格式规范word作业纸小票打印word模板word简历模板免费word简历 s：thephnetaryframe；ansys；masta；CAE 有限元技术已经发展成为计算机辅助分析 CAE的核心．用CAE方法可以减少或避免物理测 试过程，通过计算机模拟最恶劣载荷和工况下零件 和结构的工作情况，准确的计算其应力应变．使产 品在设计阶段就能够对其数字模型的各项性能进行 评估，及早发现设计上存在的问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 ，从而大大缩短 设计开发周期．特别是采用有限元分析及优化技 术，能够改进结构设计参数使其在满足强度和刚度 的情况下具有最合理的 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ．应用于新产品开发和 老产品改造，能够提供对强度、应力分布状况的优 化设计，对设计提供技术支持和理论指导⋯． 由于履带车辆变速机构行星排框架较为厚重， 以此为研究对象并结合计算机软件技术对其进行仿 收稿日期：2007—12—24 基金项目：国防基础项目(90904010502) 作者简介：程燕(1979一)，女， 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 师． 真分析及其结构优化进行研究． 1研究内容及其难点 本文采用有限元方法对一、二、复合行星排框架 进行结构分析和优化，如何使有限元技术计算仿真的 结果和实际接近，除了建立正确的物理模型，分析模 型的受力和边界条件的定义成为一大难题．获取正确 的受力和边界条件主要方法有：①通过试验测得(很 多数据不可测得)；②通过经典理论力学、结构力学 计算(容易忽视系统特征)；③通过系统运动仿真计 算，获得研究个体的受力和边界情况． 通过以上综合评价分析，本文最终决定采用第 万方数据 ·54· 车辆与动力技术 2008焦 三种方法对本课题进行研究． 2建模与仿真 在行星变速机构中，行星排框架是旋转件，工 况不同行星排框架的受力情况不同，借助专业传动 系统分析软件Masta对此履带车辆传动行星变速机 构系统进行动力学仿真分析，从而可得到行星排框 架在各种工况下的受力情况，锁定各排最恶劣工 况，再对其进行结构分析和优化． 2．1建立系统仿真模型 在Masta软件中根据实际设计建立履带车辆行 星变速机构，二维图如图1所示．在Masta软件中 对于建立复杂几何框架、轴等模型有一定的局限 性，只能通过建立中心对称轴的方式代替复杂几何 模型，这样势必使得在Masta中建立的“复杂几何 模型”的刚度、强度和实际模型有所偏颇，最终 可能影响整个系统和个体评价的准确性． 图1行星变速机构Masta模型 同时，在Masta中建立系统模型，进行系统仿 真计算时需注意的几个问题： ①齿轮、轴、轴承、离合器尺寸是否和实际设 计一致； ②轴承的定位方式及轴承间隙的定义选取； ③载荷谱的定义和实际工况是否一致，通常定 义的比实际工况更加恶劣． 在建立系统模型时注意到以上几点，使虚拟模 型以及得到的仿真计算结果和实际情况更加接近， 才能确保仿真分析的准确性． 2．2对一排行星排框架进行计算分析和结构优化 建立一排行星排框架三维模型并获得被关注节 点信息． ①根据实际设计尺寸在CAD软件pro／e中建 立一排行星排框架的三维模型． (注：由于在有限元分析时尖角易导致应力集 中，使仿真结果有失偏颇，故在建立模型时应注意 倒角问题；并为了减少计算量在不影响计算准确性 的基础上适当简化模型．) ②导人Ansys中，输人框架材料参数，如表l 所示．所用材料为28CrSi(GB3077—88)． 表1排行星排框架材料参数 单元 初级会计实务单元训练题天津单元检测卷六年级下册数学单元教学设计框架单元教学设计的基本步骤主题单元教学设计 类型 弹譬模量E 泊松眇¨ 密度p N／mill kg／m“ SolidTet187 2．07x105 0．33 7．8×10—6 ③划分网格后得到若干个节点和单元．一排行 星排框架由主框架和副框架两部分组成，两部分采 用销连接．如何模拟销连接是建立正确分析模型的 又一难点． 在Ansys中刚性目标面可以和“pilot结点”联 系起来，它实际上是一个只有一结点的单元，通过 这个结点的运动可以控制整个目标面的运动，因此 可以把pilot结点作为刚性目标的控制器．整个目 标面的受力和转动情况可以通过pilot结点表示出 来，“pilot结点”可能是目标单元中的一个结点， 也可能是一个任意位置的结点，只有当需要转动或 力矩载荷时，“pilot结点”的位置才是重要的，如 果定义了“pilot结点”，Ansys程序只在“pilot结 点”上检查边界条件而忽略其它结点上的任何约 束．因此，在Ansys中可用接触创建导向节点方式 模拟销连接旧J． 由结构得知，复合行星排框架有8个与行星轮 轴连接处，2个与轴承连接处，一个刚性连接处， 需要关注节点的位移及其受力情况，在Ansys中同 样采用接触创建导向节点方式定义节点． ④进入Ansys——solution模块，在定义分析计 算方式时需要对Ansys后处理计算方法有所了解， 根据分析模型定义合适的计算方法，即保证分析的 准确性，又适当节省计算机资源．本文分析计算方 法定义为Substructufing(子空间计算法)，因计算 机资源有限。而SparseSolver求解器是一种直接消 除的计算求解，和反复迭代求解相反，通过连续反 万方数据 第3期 程燕等：履带车辆变速机构行星排框架优化仿真分析 。55· 复的过程定义与准确结果允许范围内偏差的推测的 结果为初始答案，在计算过程中很大程度的节省资 源，故选用SparseSolver求解器．定义关注的节点 为masterdof，得到计算模型如图2所示‘31． 图2一排框架分析图 (曼)Solution．计算结束后可在Ansys后处理窗口 中得到关注各节点的关于UX、UY、UZ、ROTX、 ROTY、ROTZ刚度矩阵文件sitffness．txt，并输出 关注节点的位置文件nodeposition．txt． 2．2．1 获得被关注节点受力情况 将在Ansys中计算得到的stiffness．txt和 nodeposition．txt文件以及一排行星框架的三维实 体模型术．wrl导人Masta中，并建立正确的关联． 通过计算，可得到一排行星排框架在各个工况下被 关注节点的受力和位移变化情况． 2．2．2一排框架静力学受力分析 将Masta中得到被关注节点的受力加载到An— sys分析模型中，通过静力学计算最终得到一排框 架的应力分析结果．最大综合应力值在材料38CrSi 许用应力值范围内． 2．2．3～排行星排框架结构优化 由于行星排框架的轴向尺寸、行星轮轴孔位置 固定，并根据一排行星排框架分析结果，通过控制 图3的两个方向尺寸进行优化计算，以此为优化控 制参数进行优化仿真计算．最终改变行星排框架的 两个尺寸数值如图3所示，并采用同样的仿真分析 方式可得到优化后的一排行星排框架的受力如图4 所示，最大应力值在材料38CrSi许用应力值范围 内．优化后质量减轻了9．3％． 另外，优化一个整体系统中的各部件，仅仅从 此部件的结构刚强度来考虑是不够的，还需考虑优 化后此部件对整体系统的影响．本文将优化后的框 图3一排框架优化尺寸 图4一排框架优化后综合应力图 架模型再导入Masta中计算后，证实对行星变速机 构其他零部件的影响不大，都在许用范围内．因此 得出结论，此种优化是合理可行的． 3结束语 针对行星变速机构中行星排框架在系统中受力 情况难以获得的问题，本文使用Masta软件计算获 得其边界条件，用Ansys软件对其结构仿真分析和 结构优化研究，并最终达到减重效果．此分析结果 已在其它项目中应用． 参考文献： [1]张志强．有限元法在升船机关键技术中的应用研究 [D]．武汉：武汉大学，2003． [2]刘 晖．基于参数化的齿轮传动接触有限元分析 [D]．大连：大连理工大学，2002． [3] 邢静忠．ANSYS7．0分析实例与工程应用[M]．北 京：机械工业出版社，2004． 万方数据 履带车辆变速机构行星排框架优化仿真分析 作者： 程燕， 王明成， 张鹤， CHENG Yan， WANG Ming-cheng， ZHANG He 作者单位： 中国北方车辆研究所车辆传动国家重点实验室,北京,10072 刊名： 车辆与动力技术 英文刊名： VEHICLE & POWER TECHNOLOGY 年，卷(期)： 2008(3) 被引用次数： 1次 参考文献(3条) 1.邢静忠 ANSYS7.0分析实例与工程应用 2004 2.刘晖 基于参数化的齿轮传动接触有限元分析 2002 3.张志强 有限元法在升船机关键技术中的应用研究[学位论文] 2003 引证文献(1条) 1.刘越.毛明.王明成.石彦辉 基于MASTA和ANSYS的行星传动柔性分析[期刊论文]-制造业自动化 2011(1) 本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_bgxb-tkzjc200803014.aspx