行星齿轮传动的机械现代设计方法应用研究

行星齿轮传动的机械现代设计方法应用研究

武汉科技大学硕士学位论文
姓名：熊超
申请学位级别：硕士
专业：机械电子工程
指导教师：熊禾根
2010-11-20

摘     要
与普通定轴齿轮传动相比，行星齿轮传动具有体积小、质量轻、传动比大、承载能力大、传动平稳及传动效率高等优点。行星齿轮传动不仅适用于高速、大功率的场合，而且可用于低速、大转矩的机械传动系统中，因此在现代机械传动的发展中发挥着重要的作用。在行星减速器的设计上，传统的设计方法正越来越不适应，现代设计方法正越来越被认同和采用。本文以3Z(Ⅱ)型行星减速器为研究对象，对机械现代设计方法在其中的应用进行了较系统的研究，具体包括：减速器的多目标优化、三维造型、虚拟装配、动力学分析等。主要内容如下：
以3Z(Ⅱ)型行星减速器的体积和效率为多目标，建立该减速器的多目标优化数学模型，并以MATLAB的优化工具箱为手段对3Z(Ⅱ)型行星减速器进行体积和效率的多目标优化，编制了其多目标优化程序，优化后减速器的体积和效率比初始参数下有所提高。
使用前面优化后的参数建立了齿轮的参数化模型以及组成3Z(Ⅱ)型行星减速器的其他零部件的模型，并对3Z(Ⅱ)型行星减速器进行了虚拟装配。
针对中心轴单支撑和双支撑两种结构下的3Z(Ⅱ)型行星减速器分别进行了模态分析，求出了该减速器两种情况下的振型和固有频率，经过分析得出双支撑的结构形式优于单支撑的形式。以中心轴双支撑的3Z(Ⅱ)型行星减速器为对象，按照优化后的参数对其最薄弱环节的中心轮轮齿进行了弯曲强度校核，并将中心轮轴导入AWE进行了静应力分析，校核了轴的最大应力、强度和刚度，进一步证明了优化后的3Z(Ⅱ)型行星减速器的合理性。
为了克服ADAMS在仿真一个齿轮同时参与三次啮合的情况下的缺陷，尝试了一种新的等效处理3Z(Ⅱ)型行星减速器的方法，使其能够在ADAMS中顺利实现运动学仿真，得出了输出齿轮的转速及角加速度曲线，验证了传动比，验证了该结构的合理性，为对该类行星齿轮减速器进一步的运动学和动力学仿真奠定了基础。
  
关键词：3Z(Ⅱ)行星减速器， 多目标优化， ADAMS， 模态分析