文档介绍：基于MATLAB优化工具箱的行星齿轮减速器的实体设计
机械设计制造及其自动化专业
指导教师
摘要:行星齿轮减速器具有承载能力大、传动比大、体积小、重量轻、效率高等特点,被广泛应用于机械行业。行星齿轮减速器为定型产品,传统的经验设计方法往往设计过程周期长,重复劳动多,不能适应现代企业生产和市场竞争的需要,正逐步被优化设计方法所取代。
优化设计是将最优化理论和计算技术应用于设计领域,从众多可行的设计方案中寻找出最佳的设计方案,为工程设计提供了一种重要的设计方法。MATLAB优化工具箱具有编程工作量小、语法符合工程设计要求的特点,大大减少设计工作量,提高设计效率和质量。本文将利用优化工具箱以重量最轻为目标函数对某行星齿轮减速器进行快速优化设计。根据初始计算的结果再使用Pro/E软件完成减速器的实体建模,同时生成能够用于实际生产的工程图纸。与原设计方案相比,取得了良好的优化效果。
关键词:行星减速器、优化设计、MATLAB、实体设计
1 前言
减速器是一种在原动机与工作机之间用来降低转速的独立传动装置[1],其主要功能是降低转速,增大扭矩,以便带动大扭矩的机械,在现代机械中应用很广。按减速器的传动结构特点可分为四大类:圆柱齿轮减速器、圆锥齿轮减速器、蜗杆减速器和行星齿轮减速器。其中行星齿轮减速器传动效率高,传动比范围广,传动功率可从10W到60000KW[2]。与普通定轴减速器相比,当他们的材料和机械性能、制造精度、工作条件等均相同时,前者具有承载能力大、传动比大、体积小、重量轻、效率高等特点,被广泛应用于汽车、起重、冶金、矿山等领域,行星齿轮减速器也因此成为世界各国机械传动发展的重点[3]。
2 行星减速器简介
行星齿轮减速器是指其齿轮传动形式为行星齿轮传动的装置。当齿轮系运转时,如果组成该齿轮系的齿轮中至少有一个齿轮的几何轴线位置不固定,而绕着其他齿轮的几何轴线旋转,即在该齿轮中,至少具有一个作行星运动的齿轮,这中传动形式即为行星齿轮传动[4]。[5]:
行星减速器的分类
行星齿轮减速器的类型很多,分类方法也不少。我国主要根据苏联库德略夫采夫提出的基本构件的不同来进行分类,基本构件代号为:K—中心轮,H—转臂,V—输出轴。
1-太阳轮;2-行星轮;3-内齿圈;4-行星架;5-输入轴;6-输出轴
行星齿轮减速器运动简图
常用的型式有如下三种:2K-H传动(NGW型、NW型、WW型、NN型), 3K传动(NGWN型)和K-H-V传动(N型)。其他的结构型式的行星齿轮传动大都是它们的演化型式或组合型式。
不同的结构所能传递的功率范围、外廓尺寸和重量大小、效率的高低和允许传动比数值都相差很大。
行星齿轮减速器的特点
行星齿轮减速器与普通齿轮减速器相比,当他们的材料和性能、制造精度、工作条件等均相同时,前者具有许多突出的优点,已成为世界各国机械传动发展的重点。行星齿轮减速器的主要特点如下:
(1) 体积小、重量轻、结构紧凑、传递功率大、承载能力高。
功率分流。
用几个完全相同的行星齿轮均匀的分布在中心轮的周围来共同分担载荷,因而是每个齿轮所受的载荷较小,相应齿轮模数就可较小。
合理的应用了内啮合。
充分利用了内啮合承载能力高和内齿轮(或称内齿圈)的空间容积,从而缩小了径向、轴向尺寸,使结构很紧凑而承载能力又很高。
共轴线式的传动装置。
各个中心轮构成共轴线式的传动,输入轴与输出轴共轴线,故这种传动装置长度方向的尺寸大大缩小。
由于行星齿轮传动是一种共轴线式的传动型式,在结构上采用了对称分流传动结构,即用几个完全相同的行星轮均匀的分布在中心轮圆周来共同分担载荷,并且合理的应用了内啮合,充分的利用了空间体积,从而缩小了径、轴向尺寸,使结构紧凑,而承载能力又高。因此在相同功率和传动比条件下,可使其外廓尺寸和重量只为普通齿轮传动的1/2 到1/6。
(2) 传动效率高。
行星齿轮传动由于采用了对称的分流传动结构,使作用于中心轮和行星架等主要轴承上的作用力互相平衡,又利于提高传动效率。在传动类型选择合适、。
(3) 传动比大。
适当选择传动类型和齿轮齿数,便可利用少数几个齿轮而获得很大的传动比。在不作为动为传动而主要用以传动运动的行星机构重,其传动比可达到几千。
(4) 运动平稳、抗冲击和震动的能力较强。
由于采用数个相同的行星轮,均匀分布与中心轮周围,从而可使行星轮与转臂的惯性力相互平衡。同时,也使参与啮合的齿数增多,故行星齿轮传动的运动平稳,抗冲击和震动的能力较强,工作较可靠。
由于行星齿轮传动具有上述突出的优点,故目前行星齿轮减速器不仅适用于高速大功率,而且在低速大扭矩设