基于模糊可靠性的新型行星变速箱多目标优化设计研究

发布时间：2019-08-28 09:57

【摘要】：行星变速箱由于传动效率高、体积小、传动比大、运动平稳、抗冲击和振动的能力较强等优点被广泛用在石油、矿山、工程机械、汽车等众多的工业生产领域。 应用常规的设计方法和以往设计者的经验,可以设计出符合要求的变速箱。但是随着社会的发展,对变速箱的可靠性、传动效率以及振动噪音提出了更高的要求,且行星轮系结构复杂,行星架是一个不规则的实体,其受力变形后会对整个行星轮系产生影响。常规的可靠性设计假设部件处于完全正常或者失效的状态试图精确的描述部件的运行状态,但实际运行中存在大量模糊的随机的现象。为了准确的计算产品的可靠性将常规的可靠性设计与模糊数学结合起来,应用现代设计方法综合优化设计以及有限元分析,以提高行星传动系统效率和增大系统可靠性并尽量减轻整机的重量为目标函数,通过线性加权函数法确定目标函数的数学模型,采用设计变量规格化的方法确定加权因子,基于模糊数学理论的可靠性约束条件以及功能约束几何约束,运用MATLAB优化工具箱进行优化,对三个局部最优解叠加计算,保证了优化参数是满足目标函数的全局最优解。优化结果表明运用多目标可靠性设计优化方法后传递效率和系统的稳定性比初始设计方案提高了,轮系质量也有所减轻。其中整个行星轮系的质量较之前降低了2.43%,重合度和啮合效率分别提高了2.70%和2.84%。由此证明模糊可靠性多目标设计不仅能客观的反映产品设计和运行的真实情况,而且在设计阶段保证了产品在运行中的可靠性要求,是一种更具科学性更符合客观事实的设计方法,在工程实践中具有广泛的应用。 基于模糊可靠性多目标优化设计得到的结果,建立整个行星轮系的三维模型,在产品的设计阶段进行装配干涉检查,保证了零件设计的正确性。 行星架是行星齿轮传动主要的受力部件,其变形的大小对整个轮系齿轮的啮合影响情况,且设计完成之后需要校核检验齿轮啮合情况。因此,须对行星架做ANSYS有限元分析,得到行星架的受力情况和变形情况,利用有限元接触分析计算行星架的变形对太阳轮-行星轮间的啮合力的影响情况,防止轮齿失效。由于行星轮的旋转速度比较高,为防止行星轮系在旋转过程中产生共振,有必要对行星轮进行模态分析。通过设计、校核、分析,保证了产品的可靠性。
【图文】：

变速箱作为工程机械的核心动力传递装置，其性能的优劣直接决定了整机的质量和市场竞争力。根据变速操纵方式的不同，工程机械变速器可分为以下几种，见图1一1所示:机械式换档变速器飞点1.结构简单2.加工及装配方便定轴州。·造价低{缺.戈二电液牲刹技术水平受限迸程机工箱变法动力换档变速箱优点行星式1.体积小结构紧凑，承载能力大2.传动效率，熟3.传动比较犬4.运动平稳、抗冲击和振动的能力较强义缺点:结构复杂，加工装配要求很高的精度图1一l工程机械用变速箱的分类动力换挡变速箱通过换挡离合器实现换挡。动力换挡变速箱按齿轮传动形式分为以下两种:定轴式动力换挡变速箱和行星式动力换挡变速箱，行星式变速箱具有结构紧凑、传动效率高、结构刚度大等优点，中大功率的工程机械变速箱中行星式变速箱用的比较多。课题开发设计的新型变速箱为行星齿轮动力换挡变速箱，主要应用在工程机械产品中。今年在良好的经济形势拉动下，工程机械行业得到了如火如茶的发展。装载机作是一种应用最为广泛的工程机械产品

山东大学硕士学位论文国工程机械工业协会铲土运输机械分会报表归纳统计了国内20对装载机类型需求情况，对3一5吨的变速箱需求占到总销量的68吨以上的装载机需求量很小，具体见图1一4所示。由此，开发3采用国内比较成熟的行星式齿轮传动，液压动力换挡变速箱，可场的需求。星齿轮传动比起定轴式变速箱具有体积小大约1/2一1/5，这就减轻并且传动比大，，传递的效率要高等优点，且行星式的液力控制系的几率远小于电液比例控制的定轴式传动，所以行星式齿轮传动在工业生产以及日常生活的各个领域中，如工程机械产品、矿山业中的坦克等装备中。
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TH132.46

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本文编号：2530075