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減速機網(wǎng) 孫瑜 博士——微小型正弦活齒減速器的研制 減速機網(wǎng)
來(lái)源:減速機信息網(wǎng)    時(shí)間:2007-7-19 14:13:12  責任編輯:wangtao  

微小型正弦活齒減速器的研究

 

博士研究生:孫瑜

 

導師:李瑰賢  教授

 

申請學(xué)位:工學(xué)博士

 

學(xué)科、專(zhuān)業(yè)“機械設計及理論

 

所在單位:機械工程學(xué)院

 

答辯日期:2004年8月

 

授予學(xué)位單位:哈爾濱工業(yè)大學(xué)

 

摘要

隨著(zhù)科技高速發(fā)展,減速器技術(shù)逐步向小型化、高速化、低噪聲、高可靠度的方向發(fā)展,微小型減速器在國防及工業(yè)生產(chǎn)中越來(lái)越得到廣泛的應用。本文為適應這一發(fā)展趨勢開(kāi)發(fā)出可應用在航空航天等領(lǐng)域的微小型圓柱正弦活齒減速器。該減速器具有重量輕、體積小、結構簡(jiǎn)單緊湊、傳動(dòng)效率高、潤滑性能好、能自鎖等優(yōu)點(diǎn),在國防、冶金礦山、石油化工、汽車(chē)等生產(chǎn)部門(mén)有著(zhù)廣闊的應用前景。而目前在我國,圓柱正弦活齒傳動(dòng)作為一種新型傳動(dòng)形式,在理論研究及實(shí)際應用方面均未見(jiàn)報道,本文從空間嚙合理論、運動(dòng)學(xué)、可靠性理論、動(dòng)力學(xué)及加工制造方面對其進(jìn)行一系列系統、深入的理論研究。
本文首先在圓柱正弦活齒傳動(dòng)結構及傳動(dòng)特點(diǎn)研究的基礎上,根據空間嚙合理論建立主動(dòng)軸及殼體空間正弦滾道的齒廓方程,并進(jìn)行了齒廓仿真;對單個(gè)活齒進(jìn)行受力分析,基于變形協(xié)調條件,建立圓柱正弦活齒傳動(dòng)的空間力學(xué)模型;計算出正弦滾道與活齒接觸點(diǎn)處主曲率,并分析其分布規律;研究活齒空間運動(dòng)狀態(tài),給出共扼齒廓間滑動(dòng)率的計算公式,且定性分析了活齒傳動(dòng)各結構參數變化對滑動(dòng)率的影響。
對圓柱正弦活齒減速器進(jìn)行模糊可靠性研究。將應力和強度分別視為隨機變量和模糊變量,對該傳動(dòng)進(jìn)行接觸強度的模糊可靠性研究;建立減速器的故障樹(shù)并進(jìn)行定性和定量分析;將模糊數學(xué)引入圓柱正弦活齒減速器的故障樹(shù)分析中,根據模糊數的運算法則及模糊算子ANDOR得到了頂事件模糊概率的計算公式;采用Monte-Carlo方法對減速器進(jìn)行可靠性數字仿真,從而得到減速器的壽命分布、各基本部件模式重要度及其它可靠性指標。
對圓柱正弦活齒傳動(dòng)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)研究。利用拉格朗日方程建立圓柱正弦活齒減速器系統扭振的數學(xué)模型,得到了該減速器的固有頻率、主振型、模態(tài)柔度和勢能分布率等動(dòng)態(tài)特性參數。找出結構中影響系統動(dòng)態(tài)特性的薄弱環(huán)節,為進(jìn)一步改進(jìn)結構,使之具有良好的動(dòng)態(tài)特性提供理論依據;利用三維實(shí)體建模軟件Pro/E建立樣機的三維實(shí)體模型;應用有限元方法和大型有限元分析軟件ANSYS對減速器的關(guān)鍵傳動(dòng)件進(jìn)行模態(tài)分析。
對該減速器進(jìn)行了多目標優(yōu)化設計。綜合考慮圓柱正弦活齒減速器的外型尺寸、共扼齒廓間的滑動(dòng)率、接觸強度的可靠性及動(dòng)態(tài)特性等結構及性能要求,對其進(jìn)行多目標優(yōu)化設計。利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )模型強大的非線(xiàn)性映射功能,建立了動(dòng)態(tài)目標函數;同時(shí)考慮強度、剛度及幾何等約束條件,應用灰色聚類(lèi)分析方法對圓柱正弦活齒減速器進(jìn)行多目標動(dòng)態(tài)優(yōu)化設計,得到了該減速器動(dòng)態(tài)優(yōu)化設計的最滿(mǎn)意解,較傳統優(yōu)化的滿(mǎn)意解相比,使問(wèn)題得到進(jìn)一步優(yōu)化。

根據優(yōu)化得到的最滿(mǎn)意解,確定樣機的結構參數并繪制全套設計圖;提出在小半徑內圓柱面上加工空間正弦滾道的方法,設計并加工出非標CBN球頭磨具,并與哈爾濱建成集團合作,加工制造一臺樣機。通過(guò)對樣樣試驗研究,證明其傳動(dòng)比穩定、傳動(dòng)效率局。

關(guān)鍵詞圓柱正弦活齒減速器;空間嚙合特性;模糊可靠性;扭振動(dòng)力學(xué);多目標優(yōu)化設計

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