高效節(jié)能擺線鋼球減速器運動仿真與有限元分析

【摘要】：擺線鋼球行星傳動是近幾年研發(fā)出的一種新型精密擺線傳動裝置,是利用活動的鋼球作為傳動介質(zhì)代替?zhèn)鹘y(tǒng)齒輪傳動中的輪齒,在一條由內(nèi)、外擺線槽形成的循環(huán)滾道中做嚙合運動,從而傳遞運動和動力。該傳動裝置可以通過軸向預緊裝置使鋼球和擺線溝槽之間始終保持接觸,從而消除嚙合副的間隙,實現(xiàn)無側(cè)隙傳動,并且鋼球是滾動摩擦,能耗低,鋼球和擺線槽的嚙合數(shù)較多,傳動效率高,是一種高效、節(jié)能的新型精密傳動裝置。本文基于擺線鋼球行星傳動的結(jié)構(gòu)特點與傳動原理,對擺線鋼球行星傳動的結(jié)構(gòu)類型與傳動比進行分析,分別用傳統(tǒng)設計方法和優(yōu)化設計方法對擺線鋼球減速器的基本結(jié)構(gòu)參數(shù)進行設計,選取一組最優(yōu)的設計參數(shù),利用計算機技術建立二級擺線鋼球減速器的三維實體模型,并進行運動仿真及有限元分析,具體的工作有以下幾個方面:(1)分析一級和二級擺線鋼球行星傳動的結(jié)構(gòu)類型,然后分別計算一級和二級擺線鋼球行星傳動的結(jié)構(gòu)類型的傳動比,并選取了三組數(shù)據(jù),對二級并聯(lián)組合型式的傳動比進行實例分析,最后簡單介紹內(nèi)、外擺線的理論曲線方程,鋼球的位置方程。(2)選?、裥秃廷粜筒⒙?lián)組合的二級擺線鋼球減速器為研究對象,根據(jù)傳動比、功率等初始條件,通過相關的計算公式,對擺線鋼球減速器的基本設計參數(shù)進行傳統(tǒng)計算。然后,基于遺傳算法的理論,以體積最小和效率最高為多目標函數(shù),建立二級擺線鋼球行星傳動的優(yōu)化數(shù)學模型,并且在MATLAB中編寫遺傳算法的程序,優(yōu)化出減速器最優(yōu)的結(jié)構(gòu)參數(shù),將傳統(tǒng)設計結(jié)果與優(yōu)化設計結(jié)果、優(yōu)化圓整的結(jié)果進行比較,得到一組最優(yōu)的設計參數(shù)。(3)以最優(yōu)的設計結(jié)果作為結(jié)構(gòu)參數(shù),對Ⅰ型和Ⅳ型并聯(lián)組合的二級擺線鋼球減速器的整體結(jié)構(gòu)進行設計,利用Pro/E的參數(shù)化功能,建立二級減速器各個零件的參數(shù)化模型,通過Pro/E的組件裝配功能,將減速器的各個零件進行裝配,得到二級擺線鋼球減速器的裝配模型,為后續(xù)章節(jié)的分析提供實體模型。(4)利用ADAMS對Ⅰ型和Ⅳ型并聯(lián)組合型式的裝配模型進行運動仿真,得到偏心盤和輸出盤的角速度和角加速度曲線,并對減速器的傳動比進行驗證。同時,建立Ⅰ型和Ⅲ型并聯(lián)組合型式的二級擺線鋼球減速器的實體模型,并將裝配模型導入ADAMS中進行仿真分析,得到偏心盤和輸出盤的角速度和角加速度曲線,對其傳動比進行驗證,驗證二級減速器結(jié)構(gòu)設計的是否合理。(5)利用Workbench對二級擺線鋼球減速器進行有限元分析,以輸入軸和擺線盤系統(tǒng)為研究對象,分析二級減速機構(gòu)的變形、應力分布及接觸情況。然后,對輸入軸和擺線盤系統(tǒng)進行模態(tài)分析,提取其前6階的固有頻率及主振型,并對其模態(tài)特性進行了分析比較,進一步驗證二級減速器結(jié)構(gòu)設計的合理性,并為該減速器優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、避免共振、降低噪音和改善工作性能等方面提供參考。 【關鍵詞】：擺線鋼球行星傳動 優(yōu)化設計 建模仿真 模態(tài)分析
【學位授予單位】：陜西科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TH132.46
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 1 緒論12-18
• 1.1 選題的背景12-13
• 1.2 擺線類精密傳動裝置發(fā)展概述13-14
• 1.3 擺線鋼球行星傳動研究現(xiàn)狀14-16
• 1.3.1 國外研究現(xiàn)狀15
• 1.3.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀15-16
• 1.4 論文研究的主要內(nèi)容16-18
• 2 擺線鋼球行星傳動基本理論知識18-28
• 2.1 擺線鋼球行星傳動結(jié)構(gòu)特點與傳動原理18-20
• 2.1.1 一級擺線鋼球行星傳動機構(gòu)18-19
• 2.1.2 二級擺線鋼球行星傳動機構(gòu)19-20
• 2.2 擺線鋼球行星傳動結(jié)構(gòu)類型20-22
• 2.2.1 一級擺線鋼球行星傳動結(jié)構(gòu)類型20-22
• 2.2.2 二級擺線鋼球行星傳動結(jié)構(gòu)類型22
• 2.3 傳動比分析22-25
• 2.3.1 一級擺線鋼球傳動機構(gòu)傳動比分析23-24
• 2.3.2 二級擺線鋼球傳動機構(gòu)傳動比分析24-25
• 2.3.3 實例分析25
• 2.4 短幅內(nèi)、外擺線理論曲線方程25-26
• 2.5 鋼球運動位置方程26
• 2.6 本章小結(jié)26-28
• 3 擺線鋼球減速器基本設計參數(shù)分析28-42
• 3.1 遺傳算法概述28-30
• 3.1.1 遺傳算法的特點28-29
• 3.1.2 遺傳算法的運算流程29
• 3.1.3 多目標優(yōu)化問題的遺傳算法29-30
• 3.2 傳統(tǒng)設計方法30-34
• 3.3 多目標優(yōu)化設計方法34-40
• 3.3.1 設計變量34
• 3.3.2 目標函數(shù)34-37
• 3.3.3 約束條件37-40
• 3.3.4 基于MATLAB的遺傳優(yōu)化40
• 3.4 結(jié)果對比分析40-41
• 3.5 本章小結(jié)41-42
• 4 二級擺線鋼球減速器參數(shù)化設計42-52
• 4.1 參數(shù)化設計概述42-43
• 4.1.1 參數(shù)化設計方式42-43
• 4.1.2 Pro/E中零件參數(shù)化設計的實現(xiàn)43
• 4.2 擺線鋼球減速器關鍵零件的參數(shù)化設計43-48
• 4.2.1 短幅內(nèi)、外擺線參數(shù)化43-44
• 4.2.2 擺線槽參數(shù)化44-45
• 4.2.3 環(huán)形槽參數(shù)化45-47
• 4.2.4 偏心輸入軸參數(shù)化47-48
• 4.3 主要零件的實體模型48-49
• 4.4 各零部件的裝配49-51
• 4.5 本章小結(jié)51-52
• 5 二級擺線鋼球減速器運動仿真分析52-60
• 5.1 ADAMS簡介52
• 5.2 ADAMS運動仿真分析步驟52-54
• 5.3 擺線鋼球減速器仿真分析54-58
• 5.3.1 Ⅰ型和Ⅳ型并聯(lián)組合的擺線鋼球減速器仿真分析54-56
• 5.3.2 Ⅰ型和Ⅲ型并聯(lián)組合的擺線鋼球減速器仿真分析56-58
• 5.4 本章小結(jié)58-60
• 6 擺線鋼球減速器有限元分析60-74
• 6.1 ANSYS Workbench簡介60-62
• 6.1.1 Workbench概述60
• 6.1.2 Workbench分析步驟60-62
• 6.2 二級擺線鋼球減速器靜力學分析62-67
• 6.3 二級擺線鋼球減速器模態(tài)分析67-72
• 6.3.1 模態(tài)分析基礎理論68
• 6.3.2 Workbench環(huán)境下模態(tài)分析68-71
• 6.3.3 分析結(jié)果討論71-72
• 6.4 本章小結(jié)72-74
• 7 總結(jié)與展望74-76
• 7.1 全文總結(jié)74-75
• 7.2 展望75-76
• 致謝76-78
• 參考文獻78-82
• 附錄：遺傳算法程序82-86
• 攻讀學位期間發(fā)表的學術論文目錄86-88

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