无传动间隙的3K行星齿轮减速器设计

3K行星齿轮减速器的啮合齿轮副存在齿侧间隙,使得传动链中引入了传动间隙,导致传动精度降低以及换向冲击。为消除3K行星齿轮减速器的传动间隙,利用3K行星齿轮传动中行星架不参与力矩传递的特性,提出了一种柔性行星架以消除传动间隙,并通过仿真分析验证了所提消隙机构的有效性。通过配齿及效率优化实现了高效的正向和反向传动。研制样机并进行了传动精度、滞回特性、正弦响应误差、正向传动效率、反向传动效率以及反向启动扭矩测试,结果验证了所提柔性行星架对消除3K行星齿轮减速器传动间隙、提高传动精度和传动效率以及提高反向传动性能的有效性。

基于ProE的联合收割机二级齿轮减速器仿真分析

针对联合收割机二级齿轮减速器总体结构进行了设计,基于Pro/E建立了二级齿轮减速器模型并完成了产品的装配,最后利用Pro/E Mechanism仿真模块对所设计产品进行了运动仿真。结果表明:模型满足设计需求,具有较好的稳定性,对二级齿轮减速器进一步的优化设计具有一定参考作用。

基于信息融合子域适应的不同工况下谐波减速器故障诊断方法

针对工业机器人谐波减速器不同工况数据分布差异大,部分工况数据标签缺失以及单一传感器获取信息不全面,导致诊断准确率不高的问题,提出一种信息融合子域适应的不同工况下谐波减速器故障诊断方法。该方法将源域和目标域一维振动数据利用小波变换构建时频图;使用基于小波变换的图像融合方法整合多个传感器的时频信息并构建融合图像;提出多表示特征提取结构的改进残差网络以充分挖掘融合样本多表示特征,同时,在无监督场景下将源域和目标域融合样本的多表示特征进行子域适应处理,减小两域的各个子域间的分布差异,从而将知识从标签丰富的源域迁移到标签缺失的目标域,最终实现不同工况下谐波减速器的故障诊断。通过搭建工业机器人谐波减速器故障实验台并进行实测,所提方法在所有迁移任务中平均准确率可达98.8%,能够有效实现无监督场景中不同工况下谐波减速器的故障诊断。

考虑多源误差影响的谐波减速器传动误差建模与分析

为解决现有谐波减速器传动误差建模方法的不足,提出一种考虑装配误差、齿面误差的综合误差建模方法。该方法首先建立装配误差和齿面误差数学模型,并进行误差影响参数分析。其次,测量实验样机装配偏心量和歪斜角度,基于模型得到对应偏心误差、歪斜误差模型理论值,齿面加工误差幅值按一般加工工况大小代入模型,得到对应加工误差模型理论值;然后,分别进行500 h、1500 h、3000 h时长的磨损实验,磨损后进行齿面形貌扫描和数据分析,得到对应的齿面形貌参数,基于模型得到对应的磨损误差模型理论值。最后,综合考虑多源误差影响,设置3组同型号样机,进行传动误差实验。实验结果表明:考虑装配偏心、歪斜和齿面加工等影响因素,传动误差的实验测量值与模型理论值误差在1.7~3.3%之间;综合考虑装配偏心、歪斜、齿面加工、齿面磨损等影响因素,在磨损500 h、1500 h、3000 h后传动误差的实验测量值与模型理论值误差分别在-3.45~2.07%、-5.88~-2.94%、1.33~5.33%之间。

基于差分进化算法的减速器齿轮参数优化设计

根据上海道路循环工况,利用载荷的随机连续性和20CrMnMo材料的低载强化特性进行减速器齿轮有限寿命的轻量化设计。基于线性损伤理论,分别计算编制载荷谱和连续载荷谱在低载强化效应下的疲劳损伤,将疲劳损伤约束在一定范围内为选取条件,以齿轮体积最小为优化目标,建立了齿轮有限寿命的轻量化优化模型,通过差分进化算法求解得到优化后的齿轮参数。实验结果表明,设计的模型可快速准确优化齿轮参数,在采用连续载荷谱和考虑低载强化效应时,优化的齿轮参数最小。优化的模型可移植性好,可直接迁移到其他变速系统零件的轻量化设计。

谐波减速器集成式扭矩传感器的设计与测试

为实现协作机器人关节力控和提高集成度,提出一种集成于谐波减速器内部的扭矩传感器,以精确获取关节输出扭矩值,推动智能化控制的实现。采用有限元计算方法分析了谐波减速器柔轮底面应变与加载扭矩之间的规律;然后根据有限元分析的结果,考虑柔轮底面敏感栅在不同栅丝长度、栅丝间距和栅丝位置情况下,建立底面应变与扭矩变化皮尔逊相关系数的响应面模型,求解模型获得最优的敏感栅结构参数,确保该结构下集成式传感器具有最佳线性响应,结合惠斯通电桥原理设计扭矩传感器结构;最后,对集成式扭矩传感器进行标定和测试。结果表明:集成式扭矩传感器的灵敏度为0.249 mV/N·m,线性度为0.99974,迟滞误差为2.19%。施加0~70 N·m之间阶梯变化的负载扭矩并进行重复实验,集成式扭矩传感器相对于标准扭矩传感器均方根误差为0.89~0.98 N·m。施加在±70 N·m之间正弦变化的负载扭矩,均方根误差为0.96~1.05 N·m。该集成式扭矩传感器能够较为精准地感应负载扭矩,有助于实现协作机器人关节力控制,提升机器人系统的集成度。

基于柔轮裂纹扩展的谐波减速器剩余寿命预测方法

针对单一时频域指标未能较好表征谐波减速器全寿命周期退化特性问题,并考虑柔轮裂纹在不同部位的扩展速率差异性对剩余寿命预测精度的影响,提出一种基于长短期记忆网络和几何平均优化的粒子滤波(LSTM-GMOPF)的谐波减速器剩余寿命预测方法。谐波减速器退化特性难以通过单一时频域指标表征,在基于局部均值分解的振动信号处理的基础上,利用LSTM获取多个时频域指标关系,实现信号特征与退化状态之间的映射;考虑裂纹扩展速率的差异性,基于Paris及Foreman模型构建了谐波减速器前中后3个退化模型状态方程;为缓解粒子权值退化问题,引入双适应度指标,提出了基于GMOPF的状态方程参数更新迭代方法。通过谐波减速器加速寿命试验验证了方法的有效性,对比目前流行方法预测准确性最大提高了16.2%,为谐波减速器可靠性设计提供依据。

主减速器台架疲劳试验等效方法研究

为了提高主减速器台架疲劳试验的准确性和效率,提出了基于实际行驶载荷谱的台架疲劳试验等效方法。在采集用户和试验场实际行驶载荷谱基础上,基于雨流计数和精英策略非支配排序遗传算法关联用户路面,等效重构试验场道路工况和道路载荷谱。为验证等效方法的有效性,建立主减速器有限元模型并进行静强度分析,验证了网格无关性和模型有效性。结合瞬态动力学模型研究了不同转矩、转速与齿轮应力之间的关系,得到程序载荷谱幅值所对应的频次等效关系;结合转速与齿轮应力之间的关系和各转矩区间的转速概率密度分析,确定了各个等级载荷谱对应的转速,编制了旋转弯曲疲劳试验程序载荷谱;结合有限元模型,验证了编制载荷谱与原始载荷谱的等效关系。结果表明,齿轮在等效载荷谱的作用下与原始载荷谱的损伤部位一致,损伤值最大误差为0.15%,并且加速了4.7倍。

杯形谐波减速器齿廓修形方法及寿命预测分析

杯形谐波减速器柔轮与波发生器装配时产生的径向变形量理论与实际不符,柔轮与刚轮轮齿出现啮合干涉,基于柔轮装配的变形情况提出了柔轮齿廓修形方法。通过有限元法装配仿真确定了合适的修形量,修形后柔轮经过装配和运转有限元分析,最后基于Miner线性疲劳理论采用Fe-safe软件对柔轮寿命进行了预测。结果表明,修形后柔轮装配时最大应力从962.2 MPa降低至532.7 MPa,负载运转时应力为609.9 MPa,轮齿应力有较大改善且啮合干涉情况得到解决,柔轮寿命循环次数为4.28×10^(6)。

改进KnEA的二级斜齿圆柱齿轮减速器优化设计

在实际工程中,复杂的多目标问题是导致优化结果收敛性和多样性损失的重要因素。为了提高优化算法在复杂问题中维持解多样性和收敛性平衡的能力,提出了基于KnEA(A Knee Point Driven Evolutionary Algorithm)的辅助点进化算法。首先,该算法借助进化过程中有明显趋势的拐点作为邻域空间的中心;其次,通过分析邻域空间中的拐点与上一代拐点之间的关系,从侧面来定量分析了邻域空间的潜力;再次,为了解决对复杂问题优化过程中收敛性不足的缺陷,提出了根据邻域空间的进化潜力来增加辅助点的策略,进一步地提高了进化过程中的空间搜索能力。在种群的环境选择中,优先选择拐点和辅助点进化下一代,以此平衡种群的收敛性和多样性。将该算法在多目标测试问题上与流行的算法进行了比较,实验结果表明提出的算法在多目标问题优化中有明显优势。最后,将该算法应用到二级斜齿圆柱齿轮减速器优化设计当中。

共享单车锁用减速器输出级齿轮副疲劳寿命分析

共享单车的落地和普及促进了共享单车锁用减速器的发展和应用,而输出级齿轮副的疲劳寿命决定了减速器的有效寿命,针对传统试验测试齿轮疲劳寿命方法的不足,提出一种基于有限元仿真的输出级齿轮副寿命预测方法。在ANSYS软件中建立齿轮副有限元模型,并改进齿轮副结构参数以改善齿轮副间的受力情况。在ADAMS软件中对齿轮副进行动力学仿真获取齿轮副间的动态接触力,并以此作为载荷谱在nCode DesignLife软件中对齿轮副疲劳寿命做出预测,最后通过试验验证有限元仿真方法的正确性。结果表明:改进从动轮压力角后齿轮副主动轮应力减小了30.18%,从动轮应力减小了38.71%;改进压力角后齿轮副疲劳寿命增加了124.23%,满足设计要求;齿轮副试验寿命结果与仿真预测寿命结果误差小于10%,在可接受范围内。

RV减速器的多目标层次优化设计

为了使RV减速器的结构更加紧凑、传动效率更高和承载能力更强,提出了一种基于层次分析法(AHP)的RV减速器多目标优化设计方法。以RV减速器的体积、传动效率和摆线轮接触应力为多目标函数,借助层次分析法(AHP)对优化目标进行评估,计算各个目标的权重,将多个目标通过加权法转化为单目标函数,其次建立了包含参数范围、强度校核及结构限制的约束条件。最后利用遗传算法(GA)实现多目标优化设计问题的求解。优化结果表明,优化后的RV减速器体积减小、传动效率更高、承载能力更强,综合性能提高了8.0%。为实际生产应用中减速器的优化设计提供理论和方法指导。

电动叉车轮边减速器壳体的力学分析及优化

受静力和动力影响,电动叉车轮边减速器壳体易造成变形失效和振动疲劳失效等问题。因此,使用ANSYS有限元分析软件对减速器壳体分别进行静力学分析和动力学谐响应分析。研究发现,当满载工况条件下,壳体轴承内圈中下部发生明显变形,采用增加轴承壁厚方法对内圈中下部风险位置进行优化,能使壳体力学性能满足使用要求;当激励频率为2669.5 Hz时,壳体下群部力学性能较差,寿命较短,采用减少下群部预留孔数量的方法对下群部风险位置进行优化,能改进壳体力学性能,延长壳体的使用寿命。

谐波减速器柔性轴承试验载荷设计与控制方法研究

围绕谐波减速器轴承寿命试验需求,搭建了谐波减速器轴承试验装置,结合谐波减速器轴承试验原理,通过计算平均输入转速和平均负载扭矩,确定谐波减速器轴承试验条件,并基于扩张状态观测器与非线性PID建立负载扭矩控制方法。试验结果表明:负载扭矩跟踪的均方根误差为0.375,具有较好控制精度,试验机实现了转速、负载扭矩的高精度控制,实现了温升、振动、噪声等指标测试,满足了谐波减速器轴承的试验要求。

基于RobotStudio的齿轮减速器虚拟装配工作站仿真研究

齿轮减速器装配是矿山机械装备制造中的重要生产环节之一,针对矿用大型齿轮减速器装配工序复杂、人工装配作业劳动强度大、自动化程度不足等实际突出问题,以二级圆柱齿轮减速器虚拟装配为研究对象,利用三维建模软件和RobotStudio仿真平台搭建了齿轮减速器虚拟装配仿真工作站。根据齿轮减速器零部件装配工艺流程,基于RobotStudio仿真环境确定了以ABB机器人为主的齿轮减速器虚拟装配空间布局,配置了所需的I/O信号,创建Smart组件以实施装配仿真模拟,进行轨迹规划、程序编制、仿真调试并且优化虚拟装配路径。通过对工作站进行碰撞检测和TCP跟踪,进行数据对比分析,验证了工作站可行性与准确性。该仿真设计为矿用大型减速器智能化装配提供了重要工程参考,对于矿山机械装备的智能制造及智慧化发展具有重要的指导意义。

基于OBE理念的《机械基础》课程教学改革研究——以“设计加工减速器”为例

文章以成果为导向,以“设计加工减速器”为教学改革案例,学生分组对轴或齿轮进行减速器零部件三维绘制、3D实物打印以及最后的组装,最终通过学生在人群中位置变化,实现增值评价。让学生加工设计能力得到锻炼,对精益求精的大国工匠精神以及职业道德精神也有更深刻的理解。

某电动汽车减速器微观修形分析

新能源电动汽车减速器取代了传统汽车变速器,可以实现汽车的前进、停止、倒退等功能。新能源电动汽车减速器的核心部件是齿轮,齿轮性能的好坏直接影响电动汽车减速器的工作性能。基于Romax软件对新能源电动汽车减速器的齿轮进行了微观分析,对一级齿轮副小齿轮进行了齿向修形和齿廓修形,以满足实际工作需要。

降低造船龙门起重机起升减速器输入轴非零速急刹断轴风险

起升减速器为起重机起升机构关键部件,其可靠性关系到造船龙门起重机整机的使用安全。文中通过对某公司2008年交付使用的800 t龙门起重机减速器拆检状态的回顾和分析,通过应力和振动分析对带制动减速器输入轴进行维修改进。针对带制动减速器输入轴的轴承定位用卡簧槽在意外急刹时的高应力集中问题,采取了最优设计整改方案,通过取消卡簧槽,将调心轴承改为锥轴承而重新定位,降低了输入轴制动时的峰值应力和断轴风险;研讨通过传动齿轮轴动平衡改善,减小振动烈度,降低减速器(及起升机构部件)损坏风险。以上措施的实施,既能满足超频、高效运行的使用要求,又保证了龙门起重机起升机构的本质安全。该方案的成功实施对造船龙门起重机起升机构减速器的维修和选型具有一定的指导价值。

经验模态分解与阶次跟踪分析对机器人用精密减速器故障诊断

针对行星摆线针轮减速器的故障特征在摆动疲劳实验中难以提取的问题,本文提出了一种经验模态分解(Empirical mode decomposition,EMD)与阶次跟踪分析结合的方法对疲劳实验中的减速器进行故障诊断。通过对采集到的时域信号进行等角域重采样、经验模态分解、计算固有模态分量(Intrinsic mode function,IMF)的峭度值、选取固有模态分量重构、快速傅里叶变换(Fast fourier transform,FFT)后得到阶次图进行验证。结果表明:该方法能够准确的提取包含故障信息的固有模态分量,实现了行星摆线针轮减速器在非平稳状态下的故障特征识别。

新能源减速器壳体结构设计与轻量化研究

2021年新能源汽车销量330万辆,渗透率14.8%;2022年,汽车总销量2686.4万辆,新能源汽车总销量688万辆,同比增长2.08倍,渗透率25.6%。传统汽车厂及造车新势力都加大了在电动汽车领域的投入。在纯电动汽车竞争日益激烈环境下,加快了产品向高续航、高集成、轻量化等方向的发展。对新能源电驱动系统功率密度、高性价比等方面提出更高需求。为顺应行业快速发展趋势,在满足功能与强度要求下,对减速器进行轻量化设计,是产品设计开发需要重点考虑的方面。