内齿行星齿轮减速器的优化设计

论文摘要

内齿行星齿轮传动是一种相对较为独特的齿轮传动方式，它具有结构紧凑、承载能力大、传动比大、传动效率高、体积小和运动平稳等优点。在这些优点的基础上，内齿行星齿轮减速器渐渐地被广泛应用到了国防、冶金、矿山、纺织、起重运输、轻工、化工、食品工业、仪表制造和建筑工程等各种领域当中，逐步地替代了现有的多级圆柱齿轮减速器，蜗杆蜗轮减速器等类型的减速器，同时它也受到了广大学者们的日益关注和深入的研究。对于内齿行星齿轮传动，分析内、外齿轮啮合力大小的变化情况以及计算转臂轴和轴承上的受力情况，这是内齿行星齿轮减速器产品设计的重要问题之一。本文针对高速轴动力输入的不同情况，对内齿板进行了受力分析，并且得到了内、外齿轮啮合力大小的变化规律以及转臂轴和轴承的受力情况。内齿行星齿轮减速器的运动设计和结构设计也是本文的关键部分，对内齿行星齿轮传动的传动比进行了推导计算，列出了齿轮副参数计算的相关公式，对减速器的几个基本参数中心距、传动比、内外齿轮的齿数以及模数的确定进行了分析，另外也对行星轴承的选择，输出轴和输入轴的结构以及内齿板的几何尺寸进行了设计。本文以整体尺寸和重量最小为目标，充分考虑各种约束条件，采用先进的优化方法，对内齿行星减速器进行优化设计。通过目标函数的建立和选取合适的设计变量，以及约束条件的确定都是有多方面的因素问题要考虑的，几何参数，如尺寸、体积、齿廓干涉、装配条件等；运动学因素，主要是传动比；承载能力的因素，如齿面接触疲劳强度，齿根弯曲疲劳强度等。凭借MATLAB优化工具箱对内齿行星齿轮进行了优化设计，在满足约束条件的情况之下，优化后的内齿行星减速器和之前的相比较，其体积有明显的减少，这说明在MATALB优化工具箱的优化工具下，这种方法是可行的，对降低生产产品成本，提高制造厂家的经济效益等都有相当大的实际意义。最后，通过对内齿行星齿轮减速器CAD系统简单的开发，通过Pro/E软件强大的参数化三维建模功能，在参数化造型技术为基础上建立了零件库系统，通过对模板零件实行尺寸驱动，并且实现了自动生成零件，这样有助于实现内齿行星齿轮减速器设计的自动化、可视化及部分智能化。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 1 引言
• 1.1 内齿行星齿轮传动的主要结构及传动机理
• 1.1.1 内齿行星齿轮传动的主要结构组成
• 1.1.2 内齿行星齿轮传动的结构形式
• 1.1.3 内齿行星齿轮传动的传动机理
• 1.2 内齿行星齿轮减速器的发展过程
• 1.3 内齿行星齿轮减速器的研究现状
• 1.3.1 受力情况的研究
• 1.3.2 振动与噪声控制的研究
• 1.3.3 润滑、密封和均载的研究
• 1.3.4 弹性啮合效应的研究
• 1.4 本论文的主要研究内容
• 2 内齿行星齿轮减速器传动内齿板的受力分析
• 2.1 单轴输入时传动内齿板的受力情况
• 2.2 双轴输入时传动内齿板的受力情况
• 3 内齿行星齿轮减速器的运动设计和结构设计
• 3.1 传动比的计算
• 3.2 齿轮副参数及计算公式
• 3.3 减速器基本参数的选取
• 3.4 减速器的结构设计
• 4 内齿行星齿轮减速器的优化设计
• 4.1 MATLAB 软件及其优化工具箱的介绍
• 4.2 优化设计数学模型的建立
• 4.2.1 建立目标函数
• 4.2.2 确定设计变量
• 4.2.3 选择约束条件
• 4.3 优化过程
• 4.4 优化设计结果及其分析
• 5 内齿行星齿轮减速器参数化设计系统的建立
• 5.1 智能化 CAD 系统的介绍
• 5.2 减速器的参数化建模
• 5.3 系统模块和结构模型的建立
• 5.4 参数化设计的实现
• 6 全文总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文