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原文传递变齿厚行星齿轮减速器传动参数优化设计及轮齿修形研究

论文题名：	变齿厚行星齿轮减速器传动参数优化设计及轮齿修形研究
关键词：	船用行星齿轮减速器;传动参数;优化设计;轮齿修形
摘要：	随着现代船舶技术的日益改善，对减速器的齿轮传动系统性能要求也愈来愈高。行星齿轮减速器因其结构紧凑、较小的空间即可实现大传动比、具有功率分流等优点，被广泛应用在船舶中。但我国现有船用行星齿轮减速器通常采用直齿，斜齿传动，由于其齿侧间隙大，高速运转时振动噪声强烈，啮合时易出现偏载，功率损失大，导致传动效率低，会间接造成经济损失。寻找改善以上问题的方法变得很有必要。研究发现渐开线变齿厚齿轮传动是齿轮传动的一种，它可以调节齿隙，减小传动误差，提高传动精度，适用于精密传动装置。综上，本文创新性的在传统2K-H型直齿行星减速器中引入变齿厚齿轮代替直齿轮，设计一种变齿厚行星齿轮减速器，来减小高速运转时的冲击振动，提高传动效率，并研究其动、静态特性以及寿命等方面。对提升我国高性能船用齿轮传动系统研发、产业化制造能力具有重大意义。　　论文的主要内容如下：　　（1）本文首先介绍变齿厚齿轮的结构特征，以变齿厚行星齿轮减速器为研究对象，在传统设计方法的基础上，采用多目标优化设计方法。为了方便快速的实现变齿厚行星齿轮减速器的设计，以最小的体积、最高的效率为目标，根据变齿厚齿轮构造方法、总规格和行星齿轮各个单元技术参数等情况确定设计变量；根据变齿厚齿轮齿面接触条件、齿根弯曲条件、齿顶变尖等条件为约束条件建立约束，建立多目标优化模型。在模型求解方面，通过改进后的麻雀搜索算法(ISSA)进行求解，得到了最佳参数。　　（2）其中使用了SolidWorks软件用于绘制变齿厚行星齿轮减速器模型，导入ANSYS中对优化前后的行星齿轮进行有限元分析。同时在ANSYS中，采用响应曲面法对行星架结构进行优化，以获得影响静态扭转强度和总质量的最佳参数，并对优化后的行星架进行了模态分析，判断设计是否符合设计条件。　　（3）之后根据传动系统的结构特点，建立了变齿厚行星齿轮传动系统动力学模型。本模型主要考虑了齿面接触摩擦力、轮齿时变啮合刚度、齿侧间隙、静传递误差、变齿厚齿轮的倾角等激励。根据建立的动力学模型，借助牛顿第二定律推导变齿厚行星齿轮传动系统动力学微分方程，并分析动态传动误差最大波动量的数值，为后续轮齿动态修形提供理论基础。　　（4）最后结合前面所研究内容，针对齿轮的接触情况，为了提高齿面承载能力，进一步减小传动误差，构建了一个考虑修形参数的变齿厚行星齿轮传动系统动力学模型，使各啮合副的动态传动误差波动之和最小化，求解并确定最优的修形参数。并对修形后的齿轮副进行了接触特性分析，从而证明了修形方法的有效性。使用ADAMS软件输入实际工况参数实现了驱动模拟，得到了行星齿轮啮合的载荷谱，利用ADAMS、ANSYS与nCode DesignLife联合仿真进行疲劳分析，准确、快速的对修形后的变齿厚行星齿轮进行疲劳寿命预测。开发了相对应的设计优化系统。该系统可以通过输入初始参数与适当的边界条件，进行优化设计与齿轮修形，可以将本文的变齿厚行星齿轮减速器传动参数优化设计及轮齿修形方法进行可视化，变得更加通用，可以帮助终端用户运行模拟，看到模型的性能，而不必理解模型的复杂性。
作者：	宫振鹏
专业：	机械
导师：	孙永国
授予学位：	硕士
授予学位单位：	哈尔滨理工大学
学位年度：	2023