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原文传递轮毂驱动减速器传动参数优化设计及齿轮修形研究

论文题名：	轮毂驱动减速器传动参数优化设计及齿轮修形研究
关键词：	矿用自卸车;轮毂驱动减速器;传动参数;优化设计;齿轮修形
摘要：	随着中国经济快速发展，资源开采日益加剧，中国大型重载矿用自卸车的需求增大，大扭矩轮毂驱动系统是矿用自卸车的重要核心部件，其品质的好坏严重影响着车辆传动系统的性能和制约整车的升级改造。中国对于大扭矩轮毂驱动集成设计优化和齿轮修形减振方法与国外相比存在不足，难以设计优化出轮毂驱动系统最佳传动参数和获得齿轮修形的最佳修形量，难以实现轮毂驱动系统寿命长和可靠性高的要求，致使中国工程机械轮毂驱动核心部件目前主要依赖国外进口，制约整个工程自卸车的升级和发展。　　本文首先以设计一款载重360吨以上的自卸车轮毂驱动系统为研究目标，根据选择电机的参数和车辆参数及车辆性能要求，确定轮毂减速器的传动结构形式、安装布置和边界条件，选择相对精确的计算公式计算齿轮系统相关参数，建立以轮毂驱动减速器齿宽、传动比、行星轮个数、齿数和变位系数等为优化变量，以减速器体积最小和齿轮等寿命为优化目标，以齿轮干涉、齿面硬度、齿根弯曲强度、齿面胶合和轴径向尺寸等为约束条件的轮毂驱动减速器多目标优化模型。　　其次对麻雀搜索算法（SSA）引入粒子共生机制、Levy飞行机制、当前种群粒子均匀引导的思想进行改进，对改进的麻雀搜索算法（ISSA）在相同的设备环境、基准测试函数下与粒子群算法（PSO）、灰狼算法（GWO）、鲸鱼算法（WOA）、麻雀搜索算法（SSA）对比，结果显示ISSA算法的求解精度和鲁棒性都要优于其它四种算法，采用ISSA算法对轮毂驱动减速器优化模型进行求解，优化结果在Masta软件中进行功率流分析，结果显示该减速器输出扭矩符合预计的大扭矩要求。基于ANSYS软件对各级行星架拓扑优化，对优化后的各级行星架进行静力学和模态分析，分析优化后的两级行星架最大变形和最大应变，判断结构改变后的行星架是否发生共振。　　之后分别对行星轮系的时变啮合刚度、齿侧间隙、静态传递误差、内外啮合副摩擦力矩进行分析计算，并结合行星齿轮协调变形条件，构建含齿面摩擦因素影响的行星齿轮动力学模型，再通过龙格库塔法对动力学微分方程进行求解计算，从而分析得到轮毂驱动减速器行星齿轮系统在考虑摩擦因素的影响下，各级内、外齿轮副的动态传动误差最大波动量的数值。　　同时对齿轮副接触斑点进行分析，通过接触分析选择正确的修形方案，并构建考虑修形参数的动态传动误差计算模型，形成以每级内、外啮合副最大动态传动误差波动量之和最小为优化目标和以每级内、外啮合副修形量为优化变量的动态修形优化模型，再通过ISSA算法对修形优化模型进行求解，从而获得齿轮修形的最佳修形量。基于Masta软件对修形前后轮毂驱动减速器各齿轮副的传动误差波动量、接触载荷分布、最大闪温结果进行探讨，验证此动态修形方法的正确性。　　最后采用Matlab软件中的GUIDE模块基于整篇论文理论分析，开发工程轮毂行星减速器优化设计及齿轮修形系统，建立用户认证登录、初始操作、材料设置、原始参数输入、变量参数设置、优化结果、动态参数激励分析、齿轮修形和修形结果等相关系统页面，以本文轮毂驱动减速器为例，输入本文轮毂驱动减速器各参数数据，与上述理论分析结果对比，验证此开发系统正确性。
作者：	李建伟
专业：	机械设计及理论
导师：	于广滨
授予学位：	硕士
授予学位单位：	哈尔滨理工大学
学位年度：	2022