刮板输送机行星减速器的优化.pdf

1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 煤矿机械年第期 舌板输送机行星减速器的优化 中国矿业大学北京研 究生部 吴跃李国平 匾二到 摘要根 据行星传动的特殊性 , 未用分阶段优化的方 法 , 解 决了二级行 星减速器的全局 优化问题 。 并针对大功率剑板输送机行星减速器的特点进行了参数 设 计 。 关键词行星减速器优化方法设计剑板输送机 行星减速器的设计不同于普通定轴减速配 、 同心 、邻 接 、 强度 、 结构和工艺限制 。 尽管 器 , 它 的传动参数 的选择 受到诸多条 件装数学 的优化理论和电子计算机的发展为行 开开始始 输输入绳编号 一 显显显显显显显显显显显显显示该绳张力值值 , , , , , , , , , , , , , 启动动动动动动 开始计时时时 每每隔计时时间间 送送显示器一次次 显显显显显显显显显显显显显显显示 停停止计时 送显示器显示示示示示示示 输输入和月七七 应用举例及结论 某矿采用绳摩擦提升 , 钢丝绳 单位重 , 从振动传感器安装 点到连接 装置 处 的距离 , 空箕 斗重量 为 , 今用该系统测得数据如下 钢丝绳编号 称井份 时间 终端张力 张 力 差 占咚 , 一 按上表算 出的张力 差超过写 , 应该调 张力 , 因 ”绳 特别松 , 应将其调 紧 。 调紧后可 再测一次张力 , 并算出张力差 , 直到满足 要 求 。 该系统经过几个矿使用后 , 结论如下 系统计时精度高 , 克服了人工计时的 误差 , 提高了张力计算精度 。 系统采用单片机和 灵敏振动传感器 , 自动化程度高 。 该系统操作方便 , 可靠性高 , 功能齐 全 , 体积小 , 成本低廉 。 图 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 年第期煤矿机械 星减速器 的设计提供了方法和手段 , 但 是 由 于行星传动的复杂性使得通常的优化方法难 以胜任 , 因此 , 在行星 减速器的优化设计 中 , 不能也无法简单地套用常规的优化方法 。 二 级行星 减速器优化 的荃本 思想 和方法 。 在手 工方法的工 程设计 中 , 首先将行星 减速器的总 传 动比分配到每一级 中 , 再逐级 根据此传动比进行配齿 设计 , 即进行儿何传 动参数的设计 。然后 选择合适的模数和齿 宽 , 进行强度设计 。 这样 完成了几个方案的设计 后 , 由这 几个计算方案 中挑选出较好的方 案 为最终设计方案 。 在此设计过程 中 可以注意 到前面 的几个设 计 步骤 基本上是独 立 的 , 每 个步骤各有其单独 的设计变量 和 约束函数 。 因此可以分阶段进行行星减速器 的优化 , 将 行星减速器的设 计 过程划 分 为 几何 传动 设 计 、 强度设计与综合评判个阶段 , 在每个阶 段 中运 用不 同的优化方 法进行设计 和选择 , 逐阶段淘 汰无用方案 。 门 几何 传动设计 在 几何传动设 计 阶段 中 , 包含 了行星传 动的几个主要 约束条 件 , 其设计变 量为二级 的太阳轮齿数和齿 圈数 。 满足装 配条件 、 邻接 条件和传动比条件的参数组使设计变量为不 连续 的自然数序列 , 因此 所有使用导 数或梯 度 的优化方法 、 随机的 优化方法 及搜索 的优 化方法 皆不能使用 。 这里采 用 了最基本的优 化 方法 网格法 枚举法 , 但它 不是逐个 枚举 , 而是根据约束条件有选择地枚举 。 传动比分配 根据第一级和第二级行星传动的最 大外 径齿圈外径的比率 , 分配传动比 。 由齿轮接触疲劳强度的计算公式 第一级传动太阳轮直径 一 齿圈直径 刀一 乓 及 尺 , 岔尺 一 式 中 输入扭矩 传动比 、 第一级和第二级接触疲劳 强 度计算系数 联立 , 解得 , , 一 一 , 一 ’ 解此方程 , 得第一级传动比 、。 由于齿轮 的其他参数尚未得出 , , 和 召 仅是估计值 , 所以计算出的 , 存在一定的误 差 。 因此必须给出一偏差 乙 , 使第一级传动 比的精确值讨满足 一乙厂 乙 , 配齿设计 对每个行星机构采用枚举法枚举齿数 , 并使之满足传动比条件 、 安装条件和邻接条 件等约束函数 , 再根据总传动比的要求进行 组合 , 每一组满足总传动比要求的参数为一 可行传动方案 。 通过行星传动特殊条件的约束 使得传 动方案总数 , 即网格中的点数达到最少 。 由啮合角等于压力角的同心条件 , 行星 轮齿数 , 一 再依次按照行星轮不减齿 , 减齿 , 减 齿 计算 。 而减齿后的同心条件 由调整啮合角 来保证 。 , 一 尸 尸 , 一 齿圈直径 厂平 , 一 , 一 式中 压力角 , 外 啮合啮合角 气 , 内啮合啮合角 所以 , 对二级行星传动来说 , 由每一个传 动方案可派生 出个可行的配齿方案 配齿 设计过程如 图所示 。 第二级传动太阳轮直径 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 煤矿机械 年第期 开开始始 对对第二级太阳轮齿数循环环 对满足装配条件的齿圈齿数循环环 记记录可行配齿方案案 向于首先选用较小 的模数 , 也就是说模数选 择优先于齿宽的选择 。 所以在满足接触强度 和弯曲强度的条件下首先进行模数的优化 , 以获得最小模数 。 如果在最小模数下齿轮强 度还有富裕 , 再进行齿轮宽度的优化 , 以达到 满足应力的原则 。 由于估算的模数和齿宽已在极值点 附 近 , 而且模数和齿宽与强度之 间均 呈单调关 系 , 采用逐步搜索的方法就可以获得较小的 计算工作量 。 强度优化过程如 图所示 。 图配齿设计程序 变位 系数选 择 大功率刮板输送机减速器一般在低速重 载 条件下工作 , 为了提高齿面抗磨损及抗胶 合能力 , 使齿轮齿根处的滑动 系数相等是最 有利的 。 太阳轮的变位 系数则根据此原则按 下式近似计算 , 一 、, ,、 、 一 入 王 一 万一一 ‘二万 十 一 乙尸寸 一 乙 式中 总变位量 , 可 由无侧隙啮合方 程求得 中心距变动 系数 开开始始 估估算模数数 圆圆整中心距距 轴轴轴轴轴轴轴轴轴承计算算算 一 加 一级模数 数 减减一级模数数数数数数数数数数数数数 强强强强强强强强强度计算算算算算算算算算算 减减一级齿宽宽 强强度计算算 加加一级齿宽宽 强强度计算算 强度设 计 在限定最大齿宽系数的情况 下 , 一般倾 图强度优化程序图 所有 圆柱齿轮 的强度计算均 按 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 年第期煤矿机械 一 进行 , 这里 不再 赘述 。 齿 面胶合计算见 仁 〕 。 考虑到行 星传动 的特 点 , 齿 向载荷分 布 系数 , 与 , 按」中推荐的方法计算 。 综合评 判 在得到 多个行 星传动 设 计 的结果之后 , 采用模糊数学 综合评判 的方法 , 根据所给出 的各指标的权 系数计算 目标函数 , 通过目标 函数 的大小 , 对所有 设 计方 案就这些 指标进 行综合评价 。评价 的项 目有减速器的最大外 径 、 齿轮 总宽度 、 齿轮 轮体体积 、 传动效率 、 齿 面积分温度 、 节 点油膜厚度 、重合度。 综合评判的过程 及整个减速器 的优化程 序见图 。 一般的优化 方法只输出一个结 果 , 当 由 于某种 原因不 能使用这组结果时 , 整个优 化 工作便无任何意义 , 只能修改原始参 数重新 开始 。 而 本文 中采 用 的方法的优点是有许多 设计结 果 可供 输 出 原 则 上 可输出所有 可行 方案 , 而且排列在前面 的很多结果都是较好 的结果 , 可 结合人的经验 并根据其 他条件从 中选择 。 另外 , 由于综合评判阶段是独立 的 , 可在 不同的权系数 下对输出结果进行比较 , 而 不 必从头开始进行优化工作 。 结语 开开始始 读读原始数据据 分分配传动匕匕 产产生可行配齿方案案 分分配变位系数数 强强 度优化化 记记录优化结果果 计计算评估目标函数数 按按目标函数的大小排序序 榆榆出出 图行笙减速蓉优化程序 通过大量的计算和验算表 明 , 本 文中行 星减 速 器 的 优化 方法 是一种 简单实用 的方 法 。 它的计算速度快 , 可进行多方案输 出 , 而 且能够保证在给定区域内所输出的第一方案 为全局最 优方案 可能不止一个 。 本方法及 计算 机 程序还 允许对每一 设 计过程 进 行 干 预 , 满足 二级行星 减速 器 的优化 设 计 及交互设计使用 。 参考文献 朱燕生常用机械零件及机构优化设计程序库 原理 与使用说明机械工业出版社 ,, 机械工程手册编辑委员会机械工程手册机械工业出 版社 , 张 国瑞 、 张展行星传动技术上海交通大学出版社 ,