掘进机截割部减速器优化设计研究

论文摘要

减速器是掘进机截割部的一个重要组成部分,其性能的优劣决定了掘进机的工作能力。由于行星齿轮传动具有传动比大、传动效率高和体积小重量轻等特点,因此在减速器的设计上得到了十分广泛的应用。通过结合CAD/CAM/CAE软件和MATLAB优化设计模块的综合运用,论文对掘进机截割部减速器进行了优化设计,以达到缩短产品设计周期、节约成本的目的。首先通过UG以及CAXA两种软件,对掘进机截割部减速器进行三维建模以及虚拟装配。利用软件CAXA生成齿轮廓线,通过输入齿数、模数、压力角、变位系数等相关参数,直接生成齿轮廓线,进而导出IGES格式文件,然后导入到UG中进行详细的三维建模,并完成虚拟装配；其次,通过理论计算为优化程序的编写提供依据。论文中对行星齿轮传动配齿计算条件以及齿轮的强度条件进行验证,同时对减速器的输入轴、传动轴以及输出轴进行了强度校核；最后,通过MATLAB软件对掘进机截割部减速器进行优化设计。优化设计以减速器体积最小为目标函数,以行星齿轮传动配齿计算条件(传动比条件、同心条件、邻接条件、装配条件)以及齿轮的设计条件(齿面接触重合度限制条件、齿数与变位系数的限制条件、齿宽系数限制条件、齿轮齿面接触强度、齿轮齿根弯曲条件)作为约束条件。通过对所建立的优化模型进行优化计算,得到了满足所有约束条件的优化结果。通过对个别设计变量的适当圆整,在满足双级行星齿轮传动结构设计要求的条件下,得出最终优化结果。优化结果表明,减速器的体积减少了3.5%,能够有效降低产品成本。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 国内外掘进机以及行星齿轮传动技术的发展情况
• 1.2 研究的目的及意义
• 1.3 论文研究的主要内容
• 第2章 掘进机截割减速器三维建模与装配
• 2.1 渐开线齿轮的三维建模
• 2.1.1 齿轮廓线的生成及文件导出
• 2.1.2 齿轮廓线的导入及齿轮模型的三维建模
• 2.2 行星轮架的建模
• 2.3 减速器的虚拟装配并生成装配图
• 2.3.1 减速器的虚拟装配
• 2.3.2 减速器装配图的生成
• 2.4 本章小结
• 第3章 掘进机截割部减速器设计验证
• 3.1 齿轮相关参数的计算
• 3.2 行星齿轮传动配齿计算条件的验证
• 3.2.1 传动比条件的验证
• 3.2.2 同心条件的验证
• 3.2.3 装配条件的验证
• 3.2.4 邻接条件的验证
• 3.3 齿轮齿面接触强度校核
• 3.4 齿轮齿根弯曲强度校核
• 3.5 轴的强度校核计算
• 3.6 本章小结
• 第4章 掘进机截割部减速器的数学模型
• 4.1 MATLAB优化设计概述
• 4.2 选取合适的设计变量
• 4.3 建立优化设计的目标函数
• 4.4 建立优化设计的约束条件
• 4.4.1 传动比条件
• 4.4.2 同心条件
• 4.4.3 装配条件
• 4.4.4 邻接条件
• 4.4.5 齿轮齿面接触重合度限制条件
• 4.4.6 齿轮齿数与变位系数的限制条件
• 4.4.7 齿轮齿宽系数限制条件
• 4.4.8 齿轮齿面接触强度限制条件
• 4.4.9 齿轮齿根弯曲强度限制条件
• 4.5 本章小结
• 第5章 截割减速器的优化与结果分析
• 5.1 优化方法概述
• 5.2 截割减速器的优化
• 5.3 优化后减速器设计及建模
• 5.3.1 优化后齿轮基本参数的确定
• 5.3.2 齿轮强度结果对比
• 5.3.3 轴的强度校核计算
• 5.3.4 优化后减速器模型的建立
• 5.4 优化结果与原机型的对比
• 5.5 本章小结
• 第6章 结论
• 参考文献
• 附录
• 作者简介及科研成果
• 致谢