风电齿轮箱行星架有限元概念.doc

J I A N G S U U N I V E R S I T Y 工程有限元分析课程作业 风电齿轮箱行星架有限元分析 及轻量化设计 学 院 名 称： 机械工程 专 业 班 级： 研1402 学 生 姓 名： XX 学 生 学 号： S1403062 指 导 教 师： 2015年 06月 风电齿轮箱行星架有限元分析及轻量化设计(丁瑞，学号：，手机：，邮箱：) 摘 要： 关键词：ptistruct Finite Element Analysis and Lightweight Design for Wind Turbine Gearbox Carrier Abstract: In this paper, megawatt-level wind turbine gearbox is considered as the research object and the stress distribution and displacement of the carrier was obtained by finite element analysis. The study found that the original design was too conservative，so there is a need for lightweight design. Then the model of topology optimization for the carrier are established, in which the minimum compliance is the objective function，cell density of design area is design variables and the volume fraction is the constraints, the Hyperworks software was used for topology optimization. Then a new model was designed basing on the carrier material distribution, and analysed by finite element method. Finally, the performance of the two carriers have a compare after optimization, and the results show that the stress was increased only by 2.45%, meanwhile the mass reduced by 13.47% and the stiffness was in the range required, the study achieves the purpose of lightweight design. Key words: Topology Optimization; Finite element; lightweight design; Optistruct 0 引言 近年来，我国的生态环境有逐渐恶化的趋势，多数城市雾霾严重，风能作为清洁的可再生能源是未来能源的不二选择。目前世界各国都在大力发展风力发电技术，风电齿轮箱是风力发电机的核心部件，行星传动是其主要的传动形式。行星架作为行星传动中的重要零件之一，起着支撑行星轮和行星轮轴的作用，而且是行星传动中承受扭矩最大的零件。行星架的变形对内外啮合齿轮传动的质量和可靠性有很大影响，因此，要求行星架要有足够的强度、刚度。 虽然行星传动具有大传动比，结构紧凑，同样传动比下质量轻等优点，但是单机容量的日益提高，会引发风电齿轮箱的安装高度、质量也相应的增加，极大地增加了安装和以后维护的费用。因此对风电齿轮箱的部件进行轻量化设计以减轻质量是降低发电成本的一个重要途径。连续体拓扑优化是一项重要的轻量化技术，通过对风电齿轮箱行星架的拓扑优化可以实现轻量化。 本文以某兆瓦级风电机组的输入级行星架为研究对象，利用三维建模软件PROE建立其模型并适当的简化以供后续分析使用，同时采用ANSYS有限元软件对行星架应力、位移进行分析计算，原行星架设计过于保守。基于hyperworks的optistruct软件模块对原行星架进行轻量化设计，得到优化后的行星架结构，并对优化后的行星架进行有限元分析校核，最后将分析结果与原行星架分析结果进行对比。