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同轴双输出行星齿轮减速器研发设计及分析

蒋仁科  
【摘要】: 行星齿轮减速器因具有体积小、重量轻、传动比大、承载能力高等优点而广泛应用于机械、电子、纺织、冶金、采矿、汽车、航空、航天及船舶等领域,而同轴双输出行星齿轮减速器也因具有独特的结构型式而成为研究重点之一。随着近代工业技术的高度发展,对行星齿轮传动的技术和经济指标提出了愈来愈高的要求,也给结构设计带来了巨大的挑战,不仅优化设计必不可少,同时对其动态性能的预估也被提到十分重要的地位上来。 论文课题来源于厂校合作项目,为中国船舶重工集团公司重庆清平机械厂某装置的改进而研发设计同轴双输出行星齿轮减速器,并进行有限元分析、优化设计和动力学仿真,为高可靠、轻量化、低噪声的减速器设计提供理论基础。本文的主要工作和研究结论如下: ①根据设计要求拟定了封闭型和差动型两种同轴双输出行星齿轮传动方案,应用Solid Edge软件对两种传动方案进行三维造型设计和虚拟装配,通过运动学计算和功率流分析,得出两种传动方案均不存在封闭功率流。对差动型同轴双输出行星齿轮减速器的受力分析、强度校核及传动效率计算表明,各齿轮和输出轴的强度足够,传动效率满足设计要求,原理样机的初步试验验证了运动的正确性。 ②用弹性接触有限元法计算外啮合和内啮合齿轮副的齿面接触应力和齿根弯曲应力,计算结果与解析法相近。考虑行星齿轮传动的偏载影响,应用ANSYS软件分别对减速器的行星架部件和壳体部件进行静力有限元应力应变分析,得出减速器具有足够的强度和刚度。 ③应用ANSYS软件的APDL命令流语句编写了集参数化造型、网格划分、边界条件处理、优化分析于一体的自动建模和分析程序。在满足强度、刚度的前提下,采用零阶优化方法对行星架和壳体零件进行优化设计,行星架和壳体体积显著减小。 ④利用I-DEAS软件建立同轴双输出行星齿轮减速器动力有限元模型,并进行模态分析,得出了减速器固有频率和固有振型。分析表明,正常运行工况下减速器不会出现固有频率与传动轴转频或齿轮啮合频率合拍的现象。 ⑤计算了包括刚度激励、误差激励和冲击激励的齿轮传动系统内部动态激励,通过I-DEAS软件动态响应分析,实现了减速器振动响应和结构噪声的预估。


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