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1、減速器設(shè)計論文一、單級圓柱齒輪減速器的優(yōu)化設(shè)計 單級主減速器可由一對圓錐齒輪、一對圓柱齒輪或由蝸輪蝸桿組成，具有結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量小、成本低、使用簡單等優(yōu)點。但是其主傳動比i0不能太大，一般i07，進一步提高i0將增大從動齒輪直徑，從而減小離地間隙，且使從動齒輪熱處理困難。單級主減速器廣泛應(yīng)用于轎車和輕、中型貨車的驅(qū)動橋中。單級圓柱齒輪減速器以體積最小為優(yōu)化目標的優(yōu)化設(shè)計問題，是一個具有16個不等式約束的6維優(yōu)化問題，其數(shù)學(xué)模型可簡記為： minf(x)x=x1x2x3x4x5x6TR6 S.t.gj(x)0(j=1，2，3，16) 采用優(yōu)化設(shè)計方法后，在滿足強度要求的前提下，減速器的尺寸大大地降
2、低，減少了用材及成本，提高了設(shè)計效率和質(zhì)量。優(yōu)化設(shè)計法與傳統(tǒng)設(shè)計密切相關(guān)，優(yōu)化設(shè)計是以傳統(tǒng)設(shè)計為基礎(chǔ)，沿用了傳統(tǒng)設(shè)計中積累的大量資料，同時考慮了傳統(tǒng)設(shè)計所涉及的有關(guān)因素。優(yōu)化設(shè)計雖然彌補了傳統(tǒng)設(shè)計的某些不足，但該設(shè)計法仍有其局限性，因此可在優(yōu)化設(shè)計中引入可靠性技術(shù)、模糊技術(shù)，形成可靠性優(yōu)化設(shè)計或模糊可靠性優(yōu)化設(shè)計等現(xiàn)代設(shè)計法，使工程設(shè)計技術(shù)由“硬”向“軟”發(fā)展。 二、混凝土攪拌運輸車減速器的優(yōu)化設(shè)計 1.主要參數(shù) 混凝土攪拌運輸車攪拌筒(罐)的設(shè)計容積為810m3，最大安裝角度12，工作轉(zhuǎn)速24r/min和1012r/min(卸料時的反向轉(zhuǎn)速)；減速器設(shè)計傳動比1311，最大輸出轉(zhuǎn)矩60kNm
3、，要求傳動效率高、密封性好、噪聲低、互換性強。2.2結(jié)構(gòu)設(shè)計主要包括前蓋組件、被動輪組件、第一級行星輪總成、第二級行星輪總成、機體中部組件和法蘭盤組件6大部分。機體間采用螺栓和銷釘連接與定位，機體與內(nèi)齒圈之間采用彈性套銷的均載機構(gòu)。為便于用戶在使用時裝配與拆卸，減速器主軸線與安裝面設(shè)計有15的傾角，法蘭盤軸線可以向X、Y和Z方向擺動6，并選用專用球面軸承作為支承。軸承裝入行星輪中，彈簧擋圈裝在軸承外側(cè)且軸向間隙0.2mm，減速器最大外形尺寸467mm460mm530mm，總質(zhì)量(不含油)為290kg。 2.傳動系統(tǒng)設(shè)計 該減速器采用3級減速方案：第一級為高速圓柱齒輪傳動，其余兩級為NGW型行星
4、齒輪傳動。其中，第二、三級分別有3個和4個中空式行星輪，行星輪安裝在單臂式行星架上，行星架浮動且采用滾動軸承作為支承；第二級行星架與法蘭盤之間采用鼓形齒雙聯(lián)齒輪聯(lián)軸器連接，混凝土攪拌運輸車減速器對齒面接觸疲勞強度、齒根彎曲疲勞強度和齒面磨損等要求十分苛刻，因此合理地選擇變位系數(shù)和進行修形計算十分重要。 三、減速器優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)模型 1.目標函數(shù) 對于C型問題，目標函數(shù)是A=minf(x)=minf(x1，x2，xn)式中：A減速器總中心距，即各級中心距之和；x各設(shè)計變量(包括各級中心距、模數(shù)、螺旋角、齒數(shù)、齒寬和變位系數(shù)等)；n設(shè)計變量的個數(shù)。對于P型問題，目標函數(shù)是P=maxf(x)=max
5、f(x1，x2，xn)。式中：P減速器的許可承載功率；x同C型；n同C型。 2.約束條件 約束條件是判斷目標函數(shù)中設(shè)計變量的取值是否可行的一些規(guī)定，因此減速器優(yōu)化設(shè)計過程中提出的每一個供選擇的設(shè)計方案；都應(yīng)當(dāng)由滿足全部約束條件的優(yōu)化變量所構(gòu)成。對于減速器來說，在列出優(yōu)化設(shè)計的約束條件時，應(yīng)當(dāng)從各個方面細致周全的予以考慮。例如，設(shè)計變量本身的取值規(guī)則，齒輪與其它零件之間應(yīng)有的關(guān)系等等。減速器優(yōu)化設(shè)計應(yīng)考慮以下約束條件： （1）設(shè)計變量取值的離散性約束 齒數(shù)：每個齒輪的齒數(shù)應(yīng)當(dāng)是整數(shù)；模數(shù)：齒輪模數(shù)應(yīng)符合標準模數(shù)系列(GB1357-78)；中心距：為避免制造和維護中的各種麻煩，中心距以10mm為單
6、位步長。 （2）設(shè)計變量取值的上下界約束 螺旋角：對直齒輪為零，斜齒輪按工程上的使用范圍取815；總變位系數(shù)：由于總變位系數(shù)將影響齒輪的承載能力，常取為00.8。 （3）齒輪的強度約束 齒輪強度約束是指齒輪的齒面接觸疲勞強度與輪齒的彎曲疲勞強度，這兩項計算根據(jù)國家標準GB3480-83中的方法進行。強度是否夠，根據(jù)實際安全系數(shù)是否達到或超出預(yù)定的安全系數(shù)進行檢驗。 （4）齒輪的根切約束 為避免發(fā)生根切，規(guī)定最小齒數(shù)，直齒輪為17，斜齒輪為1416。 （5）零件的干涉約束 要求中心距、齒頂圓和軸徑這三者之間滿足無干涉的幾何關(guān)系。對于三級傳動的減速器(如圖1)，干涉約束相當(dāng)于兩個約束：第二級中心距
7、應(yīng)大于第一級大齒輪齒頂圓半徑與第三級小齒輪頂圓半徑之和；第三級中心距應(yīng)大于第二級大齒輪頂圓半徑與第4軸半徑之和。而二級齒輪傳動類推。 圖1三級減速器示意圖 四、結(jié)語 機械優(yōu)化設(shè)計是在常規(guī)機械設(shè)計的基礎(chǔ)上發(fā)展和延伸的新設(shè)計方法，而減速器的優(yōu)化就是其中之一，是以傳統(tǒng)設(shè)計為基礎(chǔ)、沿用了傳統(tǒng)設(shè)計中積累的大量資料，同時考慮了傳統(tǒng)設(shè)計所涉及的有關(guān)因素。在實際應(yīng)用中已產(chǎn)生了較好的技術(shù)經(jīng)濟效果，減少了用材及成本，提高了設(shè)計效率和質(zhì)量，使減速器發(fā)揮了最佳性能。 參考文獻： 1孫元驍?shù)戎?圓柱齒輪減速器優(yōu)化設(shè)計.機械工業(yè)出版社，1988. 2胡新華.單級圓柱齒輪減速器的優(yōu)化設(shè)計J.組合機床與自動化加工技術(shù)，2006. 3陳立平，張云清，任衛(wèi)群等.機械系統(tǒng)動力學(xué)分析及ADAMS應(yīng)用教程.清華大學(xué)出版社，2005. 4梁曉光.優(yōu)化設(shè)計方法在齒輪減速器設(shè)計中的應(yīng)用J.山西機械，2003. 5范順成，馬治平，馬洛剛.機械設(shè)計基礎(chǔ).機械工業(yè)出版社，2002. 6馬曉蕓.混凝土攪拌車減速器制造專家J.商用汽車雜志(CommercialVehicleMagazine)，2007，(8)：84-85. 【摘要】減速器是各類機械設(shè)備中廣泛應(yīng)用的傳動裝置。減速器設(shè)計的優(yōu)劣直接影響機械設(shè)備的傳動性能。本文通過對兩種減速器主要優(yōu)化設(shè)計方法的分4
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