王宁+李万垚

摘 要：7MW风机偏航系统齿轮主轴的铣齿设备需要定期维护和检修，对其中的关键件芯轴设计了一种专用工具——翻转装置。根据芯轴的接口尺寸设计的翻转装置的结构具有翻转角度大、运动灵活、易于操作等优点。对翻转装置进行仿真分析可知，整体变形不大，能实现正常的使用功能，结构整体的安全裕度较高。翻转装置能满足铣齿设备芯轴的维护和检修功能。

关键词：铣齿设备芯轴；翻转装置；结构；仿真分析

中图分类号：TM714 文献标识码：A

0.前言

7MV偏航系统齿轮主轴为了从根本上解决工作中打齿的问题，必须提高齿轮主轴的精度，使齿形和花键变形量减小。这就需要铣齿设备具有高的精度，特别是铣齿设备的芯轴。铣齿设备的芯轴质量较大、长度较长，对其进行翻转比较困难，所以必须借助于专用工具来实现对其的维护和检修，以满足7MV偏航系统齿轮主轴中齿轮的加工精度问题。针对铣齿设备的芯轴设计了翻转装置并对其进行了仿真分析计算。

1.翻转装置

铣齿设备芯轴具有质量大和长度长等特点，所设计的翻转装置要能满足铣齿设备芯轴的维修维护的要求。根据铣齿设备芯轴的接口尺寸设计的翻转装置的示意图如图1所示。

翻转装置主要由托盘、支架、底盘、外支撑脚、内支撑脚、推手、旋转轴和轮子等组成。托盘是由提底板、圆环、压板、拉手、补强板和旋转轴等组成，是翻转装置的主要工作部件，通过旋转轴旋转可进行180°旋转，从而达到将铣齿设备芯轴体放平或吊立的效果。支架是由立板、法兰板、压块、补宽板和加强筋焊接组成，是翻转装置支撑托盘的主要部件，通过压块将托盘的旋转轴固定，使托盘达到工作状态。底盘是由槽钢、补强板、垫板、连接板、端板、推手和推手立柱、加强筋、脚轮等组成，是翻转装置承载及运输部件。通过脚轮和推手将翻转装置运送到指定地点，准备进行翻转工作。支撑腿是由补空板、侧板、上下板、圆弧板、支脚等组成，是翻转装置的支撑和固定部件。通过展开可调的支撑腿，将翻转装置固定在指定地点开始翻转工作。

工作时将翻转装置推到指定位置，将外支撑腿向外打开后用定位销定位，调整脚垫的高度使脚轮离地悬空，之后调整T型丝杠使其与地刚好接触。工作时的示意图如图2所示。调整好翻转装置后，將泵与托盘连接好后可进行相应的翻转工作。工作结束时，将泵与托盘分开，调整内支撑脚高度小于脚轮的高度，再调整脚垫的高度使脚轮着地后将外支撑脚收回到支架内部并用定位销定位，调整推手高度后将翻转装置推送到合适的地方贮存并进行相应的维护保养，待下一次维修维护时使用。翻转装置移动及贮存时的状态如图1所示。

2.仿真分析

本次计算分析主要是考察翻转装置在加载重物后的整体强度情况，具体包括：考察翻转装置的整体变形情况，防止变形过大影响正常使用；考察关键承载件的强度，包括旋转轴、销轴、支撑脚、支架等，防止在承载条件下发生强度失效。

为了能够更加精准地考虑结构的整体变形以及各个支脚的载荷分担情况，需要同时考虑翻转装置安放位置的地面变形情况。假定厂房地面的垫层为刚性垫层，由水泥混凝土做成，厚度为100mm，水泥标号为C35，弹性模量为3e10Pa，泊松比为0.3。地基采用Winkler地基模型，土壤种类为人工夯实的黏土，其基床系数取196200kN/m3，数据参考中国船舶工业总公司第九设计院《弹性地基梁及矩形板计算》。

除螺栓件外设备主体材料采用Q235，其弹性模量为2.1e11Pa，泊松比为0.27，密度为7850kg/m3。

原始的设计模型中含有较多与结构强度无涉的附件，如推手等，在进行仿真计算之前将这些特征一并简化去除。为提高分析精度和节省计算时间，在规则区域采用全六面体网格进行离散，在外形较为复杂的区域使用四面体，总体单元数量665960，节点数量736020。承载工件的总重为156800N（16t）。

根据加载核及网格的划分可得整体位移情况如图3所示，整体的应力云图如图4所示。根据图3可知托盘y向最大位移为4.2mm，考虑到托盘由于约束的关系可能发生小的刚性位移，采用两侧位移取平均的方式进行修正，修正后托盘的实际挠度为3.86mm，不会影响正常的使用功能。根据图4可知，最大应力值为108MPa，所用材料的屈服极限235MPa，结构整体的安全系数为2.18，安全裕度较高。

结论

通过仿真分析可知，翻转装置的整体位移很小不会影响使用，整体强度的安全裕度较高。翻转装置可以实现铣齿设备芯轴的维护维修的功能，可以用于工程实际。

参考文献

[1]胡仁喜，马征飞，等. Solidworks 2012机械设计从入门到精通[M].北京：机械工业出版社，2012（4）：196-204.

[2]中国船舶工业总公司第九设计院.弹性地基梁及矩形板计算[M].北京：国防工业出版社，1983.

[3]丁金滨，温正. ANSYS Workbench13.0从入门到精通[M].北京：清华大学出版社，2012：57-71.