双轮铣槽机起升机构减速器的优化设计研究.pdf

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1、双轮铣槽机起升机构减速器的优化设计研究杨诗鸿吴庆鸣(水利部水利建设管理总站北京100038)(武汉大学动力与机械学院武汉430072)黄玮(水利部水利建设管理总站北京100038)【摘要】本文在分析双轮铣槽机双输入行星减速器的设计要求和约束条件的基础上，建立了以体积最小和传动比最大为目标函数的多目标非线性混合优化模型。应用乘除法将该模型的多目标问题转化为单目标问题，并将外点罚函数法与离散网格法结合起来求解该数学模型。在Matlab平台下编制相应优化算法求解程序，求解该优化模型，获得了较好的优化结果，为提高减速器的设计质量提供了依据。【关键词】行星减速器多目标优化外点罚

2、函数法0引言1优化模型建立双轮铣槽机因其具有效率高、适应性强、成墙质量1．1优化目标函数好、施工成本低、小型化、经济性好、结构紧凑等特点，1．1．1体积优化目标函数-在水利防渗工程的施工中应用广泛。双轮铣槽机起升为了减轻减速器的体积和重量，降低产品成本，另外，由于双输入行星减速器安装在卷筒内，本身结构尺机构是用来保证双轮铣槽机工作装置的正常工作和起寸就受限制，因此以其最小外轮廓尺寸为目标函数。升的装置，起升机构方案设计是否合理，是整个双轮铣对于行星齿轮传动来说，在其内齿轮外轮廓尺寸最小槽机研制成功的关键。时，其外轮廓所围的体积也最小，因此以多级行星齿轮双轮铣起升减速器

3、内置于卷筒内，卷筒尺寸对减传动的内齿轮体积之和建立目标函数：速机的尺寸、体积有限制，要求减速器结构尺寸小。另33外，要求最低下降速度时，发动机的转速高于50r／minF(1)=∑d⋯2B=∑d2。(．hi一1)日为好。按照常规设计方法难以获得理想的结果，因此3=∑(m。)(．⋯bi一1)(1)对双输入减速器进行优化设计，对提高双轮铣槽机工式中B——第i级齿宽。作性能、缩小体积、减少重量、节约原材料，以及降低成1．1．2传动比优化目标函数本都具有重要的现实意义。双输入行星减速器一级太阳轮单独输入时，随着目前，对于多级的齿轮传动优化研究，常将传动比其传动比的增大，发动机的

4、最低输入转速增大，起升机的优化分配与齿轮传动参数的优选分开，这种方法存构的低速稳定性增高，传动比优化的目标是取其最大在着一定的局限性。本文建立的以最小体积和最大值，其函数表示为：传动比为目标的多目标优化模型，将等强度分配传动F(2)=(1+P)[P2(1+P，)+P，](2)比作为一个约束条件，不是优先对传动比进行分配，而1．2设计变量是在优化过程中得到传动比和各级齿轮传动的参数，影响传动比优化和体积优化的参数有各级传动使传动比满足等强度条件。比，各级齿轮的齿宽、模数、齿数以及行星轮的个数，在■水利建设与管理2012年·第7期本文中，根据初步方案设计和经验，确定第一、

5、第二、第其中心距三级行星轮个数为3、3、4，因此选择参数B、B、曰、g(7)：2+i<0上．m1、m2、、z以、Pl、P2、P3为优化设计变量，则有=[1，2，3，4．5，6，7，8，9，10，ll，12]g㈩=2+in<0㈦=[l，B2，B3，ml，m2，m3，I，，。3，Pl，P2，P3](3)1．3约束条件g(9)=2十in<0根据行星齿轮传动的特点，双输入行星减速机优1．3．4强度条件化设计需满足行星齿轮设计的基本条件，如传动比等一般来说，行星轮系的内啮合承载能力高于外啮强度原则、最小模数、最小齿数、齿宽与模数的关系、齿合，在本文中，主要对外啮合进行强度校核。

6、轮疲劳强度、安装条件、传动比条件等。对于双输入行星减速器有如下强度条件，可以得1．3．1等强度分配原则到6个不等式约束：一般来说，传动比的分配都是以各级外啮合接触接触疲劳强度≤(i=1，2．3)(9)强度相等为原则进行的，通过约束条件控制优化过程弯曲疲劳强度≤f，(i=1，2，3)(10)中参数的取值，使得到的优化尽可能满足等强度分配，1．3．5径向尺寸要求这样可避免传统优化先按等强度分配的缺陷。内齿圈分度圆直径基本上决定了行星减速器的外，=形尺寸，对于多级行星齿轮的设计一般还要求各级内Ip2LP2+lLPI—l齿圈的直径相近，以使径向尺寸最小。，<0·2(5)g(1

7、6)：1一<0g(17)：一1．2<0lP3LP3十lLP2—lX4X7X10X4X7XIO1．3．2传动比要求g(18一<0双输入行星齿轮减速机构传动比应大于发动机50r／rain时对应的传动比i，则有：g(3)=i一(1+l0)[1】(l2+1)+l2]≤0(6)另外，由于卷筒尺寸已确定，减速器安装于卷筒另外，在多级行星传动中，低速级传动比常取4～内，因此第三级的齿圈尺寸受限制，初步确定第三级齿5．6(总传动比较大时取大值，反之取小值)，中间级传圈的分度圆直径不超过400ram，则有动比范围一般为5～7．1，高速级的传动比范围较大，g(20)=X