土壓平衡盾構(gòu)行星減速器優(yōu)化設(shè)計(jì)及仿真分析.pdf

1、本課題來(lái)源于國(guó)家“863”高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃資助項(xiàng)目“土壓平衡盾構(gòu)大功率減速器”（項(xiàng)目編號(hào)：2007AA041802）子課題。目的在于對(duì)土壓平衡盾構(gòu)用大功率三級(jí)串聯(lián)式行星齒輪減速器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)及仿真分析。刀盤(pán)主減速器作為土壓平衡盾構(gòu)機(jī)的關(guān)鍵主傳動(dòng)部件，采用三級(jí)行星齒輪傳動(dòng)，承擔(dān)著放大扭矩以滿(mǎn)足高負(fù)荷作業(yè)的艱巨任務(wù)。其工作條件復(fù)雜、傳遞的功率密度高、要求的溫升小、效率高、振動(dòng)噪聲小、可靠性高。因此，開(kāi)展盾構(gòu)機(jī)主減速器的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)與仿真分

2、析，有助于提高盾構(gòu)減速器的性能，從而進(jìn)一步加快盾構(gòu)減速器的國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程。
　　本文針對(duì)盾構(gòu)主減速器NGW型行星齒輪系統(tǒng)為研究對(duì)象，主要研究工作及相關(guān)成果如下：
　?、偻ㄟ^(guò)對(duì)齒數(shù)和模數(shù)的處理，將無(wú)序的離散值轉(zhuǎn)變?yōu)檫B續(xù)的整型數(shù)。提出了一種改進(jìn)的實(shí)值編碼方式，建立滿(mǎn)足配齒、變位系數(shù)、干涉和強(qiáng)度等約束條件，以體積最小為目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化模型。合理選擇遺傳算法控制參數(shù)，編寫(xiě)了Matlab程序?qū)λǖ哪Ｐ瓦M(jìn)行求解。研究結(jié)果表明，該改進(jìn)算法全局

3、尋優(yōu)能力強(qiáng)，多次啟動(dòng)均能收斂于統(tǒng)一最優(yōu)解。在滿(mǎn)足各約束條件的情況下，優(yōu)化后體積減小了21.056％。
　?、诨谟邢拊夹g(shù)建立行星架參數(shù)化模型，對(duì)設(shè)計(jì)變量進(jìn)行相關(guān)分析剔除非敏感性參數(shù)，綜合考慮行星架的靜動(dòng)態(tài)特性，建立以體積最小和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量最小的多目標(biāo)優(yōu)化模型。使用內(nèi)切中心復(fù)合設(shè)計(jì)對(duì)優(yōu)化模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，擬合得到高精度響應(yīng)面?；赟hifted Hammersley采樣技術(shù)采樣響應(yīng)面獲得了滿(mǎn)足約束條件的3個(gè)Pareto最優(yōu)解。實(shí)現(xiàn)了行

4、星架的體積最小、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量最小的設(shè)計(jì)要求。
　?、墼敿?xì)分析了齒輪的幾何構(gòu)成，使用APDL(ANSYS Parametric Design Language)建立了行星輪系整體參數(shù)化模型。選取合適的接觸剛度對(duì)所建模型進(jìn)行求解，得出了行星輪系當(dāng)太陽(yáng)輪和其中一個(gè)行星輪在節(jié)點(diǎn)處相嚙合的時(shí)刻的應(yīng)力分布狀況。此時(shí)最大接觸應(yīng)力為744.79MPa，小于許用接觸強(qiáng)度，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。研究表明行星輪系的應(yīng)力情況復(fù)雜，同一時(shí)刻既有單齒嚙合又有雙齒嚙合，各