畢業(yè)論文--基于matlab優(yōu)化工具箱的行星齒輪減速器的實(shí)體設(shè)計(jì)

1、 1基于 MATLAB 優(yōu)化工具箱的行星齒輪減速器的實(shí)體設(shè)計(jì)摘 要： 要：行星齒輪減速器具有承載能力大、傳動(dòng)比大、體積小、重量輕、效率高等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于機(jī)械行業(yè)。行星齒輪減速器為定型產(chǎn)品，傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法往往設(shè)計(jì)過(guò)程周期長(zhǎng)，重復(fù)勞動(dòng)多，不能適應(yīng)現(xiàn)代企業(yè)生產(chǎn)和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的需要，正逐步被優(yōu)化設(shè)計(jì)方法所取代。優(yōu)化設(shè)計(jì)是將最優(yōu)化理論和計(jì)算技術(shù)應(yīng)用于設(shè)計(jì)領(lǐng)域，從眾多可行的設(shè)計(jì)方案中尋找出最佳的設(shè)計(jì)方案，為工程設(shè)計(jì)提供了一種重要的設(shè)計(jì)方法。M

2、ATLAB 優(yōu)化工具箱具有編程工作量小、語(yǔ)法符合工程設(shè)計(jì)要求的特點(diǎn)，大大減少設(shè)計(jì)工作量，提高設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量。本文將利用優(yōu)化工具箱以重量最輕為目標(biāo)函數(shù)對(duì)某行星齒輪減速器進(jìn)行快速優(yōu)化設(shè)計(jì)。根據(jù)初始計(jì)算的結(jié)果再使用 Pro/E 軟件完成減速器的實(shí)體建模，同時(shí)生成能夠用于實(shí)際生產(chǎn)的工程圖紙。與原設(shè)計(jì)方案相比，取得了良好的優(yōu)化效果。關(guān)鍵詞： 關(guān)鍵詞：行星減速器、優(yōu)化設(shè)計(jì)、MATLAB、實(shí)體設(shè)計(jì)1 前言減速器是一種在原動(dòng)機(jī)與工作機(jī)之間用來(lái)降低轉(zhuǎn)速的

3、獨(dú)立傳動(dòng)裝置[1]，其主要功能是降低轉(zhuǎn)速，增大扭矩，以便帶動(dòng)大扭矩的機(jī)械，在現(xiàn)代機(jī)械中應(yīng)用很廣。按減速器的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為四大類：圓柱齒輪減速器、圓錐齒輪減速器、蝸桿減速器和行星齒輪減速器。其中行星齒輪減速器傳動(dòng)效率高，傳動(dòng)比范圍廣，傳動(dòng)功率可從 10W 到60000KW[2]。與普通定軸減速器相比，當(dāng)他們的材料和機(jī)械性能、制造精度、工作條件等均相同時(shí)，前者具有承載能力大、傳動(dòng)比大、體積小、重量輕、效率高等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于汽車、起重

4、、冶金、礦山等領(lǐng)域，行星齒輪減速器也因此成為世界各國(guó)機(jī)械傳動(dòng)發(fā)展的重點(diǎn)[3]。2 行星減速器簡(jiǎn)介行星齒輪減速器是指其齒輪傳動(dòng)形式為行星齒輪傳動(dòng)的裝置。當(dāng)齒輪系運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，如果組成該齒輪系的齒輪中至少有一個(gè)齒輪的幾何軸線位置不固定，而繞著其他齒輪的幾何軸線旋轉(zhuǎn)，即在該齒輪中，至少具有一個(gè)作行星運(yùn)動(dòng)的齒輪，這中傳動(dòng)形式即為行星齒輪傳動(dòng)[4]。如圖 2.1 為行星減速器的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖[5]：2.1 行星減速器的分類3即用幾個(gè)完全相同的行星輪均勻的分布

5、在中心輪圓周來(lái)共同分擔(dān)載荷，并且合理的應(yīng)用了內(nèi)嚙合，充分的利用了空間體積，從而縮小了徑、軸向尺寸，使結(jié)構(gòu)緊湊，而承載能力又高。因此在相同功率和傳動(dòng)比條件下，可使其外廓尺寸和重量只為普通齒輪傳動(dòng)的 1/2 到1/6。(2) 傳動(dòng)效率高。行星齒輪傳動(dòng)由于采用了對(duì)稱的分流傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，使作用于中心輪和行星架等主要軸承上的作用力互相平衡，又利于提高傳動(dòng)效率。在傳動(dòng)類型選擇合適、結(jié)構(gòu)布置合理的情況下其效率可達(dá) 0.97 到 0.990。(3) 傳動(dòng)比

6、大。適當(dāng)選擇傳動(dòng)類型和齒輪齒數(shù)，便可利用少數(shù)幾個(gè)齒輪而獲得很大的傳動(dòng)比。在不作為動(dòng)為傳動(dòng)而主要用以傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)的行星機(jī)構(gòu)重，其傳動(dòng)比可達(dá)到幾千。(4) 運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、抗沖擊和震動(dòng)的能力較強(qiáng)。由于采用數(shù)個(gè)相同的行星輪，均勻分布與中心輪周圍，從而可使行星輪與轉(zhuǎn)臂的慣性力相互平衡。同時(shí)，也使參與嚙合的齒數(shù)增多，故行星齒輪傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，抗沖擊和震動(dòng)的能力較強(qiáng)，工作較可靠。由于行星齒輪傳動(dòng)具有上述突出的優(yōu)點(diǎn)，故目前行星齒輪減速器不僅適用于高速大功率，而

7、且在低速大扭矩設(shè)備上也推廣采用，目前一般廣泛應(yīng)用于機(jī)械行業(yè)[6]。2.3 行星齒輪減速器的發(fā)展概況2.3.1 2.3.1 行星齒輪減速器發(fā)展?fàn)顩r 行星齒輪減速器發(fā)展?fàn)顩r1880 年行星齒輪傳動(dòng)裝置第一個(gè)在德國(guó)出現(xiàn)，19 世紀(jì)以來(lái)，隨著機(jī)械行業(yè)特別是汽車和飛機(jī)工業(yè)的發(fā)展，對(duì)行星齒輪傳動(dòng)的發(fā)展有很大的影響。20 世紀(jì)初期，高速大功率和低速重載行星減速器以在德國(guó)和日本一些大公司批量生產(chǎn)。世界上一些工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，如日本、德國(guó)、英國(guó)、美國(guó)和俄羅斯

8、等，對(duì)行星齒輪傳動(dòng)的應(yīng)用，生產(chǎn)和研究都十分重視，在結(jié)構(gòu)優(yōu)化、傳動(dòng)性能，傳動(dòng)功率、轉(zhuǎn)矩和速度等方面均處于領(lǐng)先地位，并出現(xiàn)一些新型的行星傳動(dòng)技術(shù)，如封閉行星齒輪傳動(dòng)、行星齒輪變速傳動(dòng)和微型行星齒輪傳動(dòng)等早已在現(xiàn)代化的機(jī)械傳動(dòng)設(shè)備中獲得了成功的應(yīng)用。20 世紀(jì)末的 20 多年，隨著世界齒輪技術(shù)快速發(fā)展，減速器產(chǎn)品也有了很大的發(fā)展，并逐漸發(fā)展成小型化、高精度化和多系列化[4]。技術(shù)的發(fā)展引起世界各國(guó)的關(guān)注，新技術(shù)的發(fā)展主要體現(xiàn)在：(1)承載能力

9、又大幅度提高；(2)模塊化設(shè)計(jì)方面作了新的努力；(3)進(jìn)一步采取降噪措施；(4)ISO 開(kāi)始著手制訂減速器的技術(shù)條件標(biāo)準(zhǔn)；(5)工況系數(shù)和熱功率的新變化及新計(jì)算[7]。行星齒輪傳動(dòng)在我國(guó)已有了許多年的發(fā)展史，很早就有了應(yīng)用。然而，自 20 世紀(jì) 60年代以來(lái)，我國(guó)才開(kāi)始對(duì)行星齒輪傳動(dòng)進(jìn)行了較深入、系統(tǒng)的研究和試制工作。20 世紀(jì) 70年代制定了 NGW 型漸開(kāi)線行星齒輪減速器標(biāo)準(zhǔn)系列 JB 1799 -1976 0 一些專業(yè)定點(diǎn)廠已成批