基于遗传算法的风电齿轮传动系统参数优化设计

齿轮箱是风力发电系统的重要部件,其体积大、重量高等问题制约了风电清洁能源的发展.以1.5 WM风力发电机组为研究对象,建立齿轮传动系统轻量化数学模型,并采用遗传算法进行优化求解.结果表明,采用遗传算法是可行的,优化后齿轮传动系统体积减少了4.59%,这将进一步减小齿轮传动系统箱体体积和总质量.通过计算行星轮系的传动效率,验证了优化结果的可行性,该研究将为风电齿轮传动系统轻量化设计提供新方法.

基于BOPPPS的“齿轮传动系统受力分析”课堂教学设计

新工科建设以新经济、新产业为背景,旨在培养工程实践能力强、创新能力强、具备国际竞争力的高素质复合型人才。新工科建设既要设置和发展一批新兴工科专业,也要推动现有工科专业的改革创新。为满足新工科教育对机械类专业创新性、复合型人才的培养要求,对传统的专业课程开展教学改革意义重大。基于BOPPPS教学模式的课堂教学设计在提高学生课堂参与度和学习主动性方面具有独特的效果,该文以立德树人为目标,以学生为中心,以产出为导向,以互联网+教育教学为理念,基于BOPPPS教学模式,对机械设计课程的核心部分——“齿轮传动设计”的“齿轮传动系统受力分析”内容进行课堂教学改革。线下课堂的教学任务主要是基于BOPPPS教学模式开展翻转课堂教学活动,介绍了导言、学习目标、预评估、参与式学习、后评估和总结等六个环节的教学设计和实施办法。教学实践结果表明,学生的课堂参与度、知识获得感和满意度显著增强,课程教学质量和学生综合能力获得提高。

同向平双齿轮传动系统设计分析软件开发

同向平双齿轮传动系统设计过程复杂、参数众多,型号更迭导致结构参数匹配困难、工作量大,亟待开发专用设计分析软件以提高设计效果和效率。建立了同向平双齿轮传动系统优化模型,基于C++语言与Qt应用程序框架开发了同向平双齿轮传动系统专用设计分析软件;结合工程案例对软件的可运行性、优化效果、信效度进行了对比分析,验证了软件的有效性和可靠性。结果表明,所开发的软件实现了某同向平双齿轮传动系统比现有水平减重7.98%,优化结果稳定收敛且收敛精度达99.02%,齿轮安全系数偏差率控制在8%以内,实现了良好的高功率密度设计,有望推动行业设计方法转型升级。

齿轮传动系统可靠性分配数字化设计与研究

随着齿轮传动系统向着高复杂性、多传动样式和高可靠性等方向发展,快速准确地对齿轮传动系统进行可靠性分配变得越来越重要。针对现有可靠性分配方法存在的考虑因素不全面、同一参数不同分配方法变化范围不统一、不便于数字化软件开发等问题,提出了改进电子设备可靠性咨询组(Advisory Group on Reliability of Electronic Equipment,AGREE)分配法,扩展了评分分配法;探讨了可靠性分配方法的数字化特征,建立了齿轮传动系统的基本可靠性与任务可靠性模型,研究了可靠性模型自动生成的遍历算法;开发了定轴轮系、行星轮系和混合轮系可靠性快速分配的数字化平台,设计了输入模块、计算模块、结果显示模块和输出模块等4个独立模块;通过与实例结果的比较,该软件计算结果的准确性得到了验证;同时也实现了齿轮传动系统可靠性分配的参数化建模与自动化生成算例报告等功能,提高了可靠性分配模型精度和计算效率。

基于知识的齿轮减速器传动方案智能设计

为解决机械系统传动方案的综合评价及优化难以高效评判的问题,采用模糊层次分析法和遗传算法相结合的评价方式,获取适合机械系统的最佳传动方案,并通过齿轮减速器传动方案设计作为验证实例。基于模糊层次分析理论综合评价法确定权重及量化评价指标,通过遗传算法选择传动方案并对其进行评价,最后进行决策并输出最佳传动方案。通过该方法构建了齿轮减速器传动方案智能设计系统模型,通过对知识的获取、推理机制和控制策略输出传动方案的总体设计并对其进行优化决策,以输出符合要求的最优齿轮减速器传动方案。利用MATLAB图形用户界面设计框实现了基于知识的齿轮减速器传动方案智能优化与决策系统的设计开发,通过搭建优选系统建立了各模块之间的逻辑关系,实现了信息输入和方案输出的功能。以齿轮减速器的设计为例,通过验证和分析,能有效地对方案进行评价和优选,证实该系统的可用性、合理性。

汽车EPS斜齿轮蜗杆传动优化设计研究

基于现代先进汽车电动助力转向(Electric Power Steering,EPS)系统对转向传动的特殊要求,传动平稳、噪声小、成本低的尼龙斜齿轮钢蜗杆传动得到大量应用,但由于其材料特殊,传统的蜗轮蜗杆设计方法准则并不适用。通过分析尼龙斜齿轮钢蜗杆传动的特殊情况,综合考虑性能、结构、成本等因素,借助Kisssoft软件对给定条件下的斜齿轮蜗杆传动机构的结构参数、安全系数进行了设计分析;按照易加工、不失效、等强度的原则,提出了其合理变位系数的取值及斜齿轮蜗杆各参数的设计方法,并利用Workbench软件对设计出的模型进行了仿真验证。结果表明,优化后的尼龙斜齿轮钢蜗杆传动满足设计要求,综合性能较优。

串联式齿轮传动大量程角位移传感器设计

旋转差动变压器式角位移传感器在机载领域具有广泛的应用,采用齿轮传动的方式可实现其量程的扩展。分析了传统并联式齿轮传动结构存在的不足,设计了串联式的齿轮传动结构。该结构相比于并联式具有结构紧凑、质量轻、成本低等优点。采用该串联式方案研制出了某型航空发动机双余度喷口角位移传感器,进行环境试验前、后的产品性能测试及产品质量测量。测试结果表明,传感器内部齿轮传动机构可实现角度的准确、可靠传递。串联式齿轮传动传感器在-65°~65°范围内具有优异的输出特性,与并联式齿轮传动结构的传感器相比,约减重32%。

基于改进粒子群算法的二级圆柱齿轮传动优化设计

常规齿轮传动设计方法存在计算过程繁琐,依赖工程经验,需反复校验等缺点。为此,该文以二级直齿圆柱齿轮传动为研究对象,以齿轮传动机构体积最小为优化目标建立优化模型,并通过改进粒子群算法对齿轮传动优化模型进行进一步优化。结果显示,相对常规齿轮传动设计方法,采用改进粒子群算法优化的齿轮传动系统体积得到了明显减少,优化效果良好。

传动齿轮工艺设计——评《机械设计手册 齿轮传动》

自动化技术可以在一定程度上提高企业的生产效率缓解工人的工作压力,还能有效降低企业的生产成本,为企业实现更大的收益。目前很多企业在生产中都采用自动化一体的设备,不仅能使落后的生产方式得到极大的改善,提高企业产品的竞争优势,对国家经济的发展有一定的推动作用。齿轮作为许多自动化设备的重要组成部分,对其进行加工可以改进设备的机动性,满足自动化设备的高效率要求,改善机器的稳定性,实现更长的使用期限。齿轮传动的工作比较准确,且工作效率高、寿命长,是现代各种设备应用最广泛的一种机械传动方式。为了迎合市场中对齿轮加工的要求,本文对传动齿轮的工艺设计做出介绍,以期将齿轮制造推向一个新的发展阶段,为企业开拓更加广阔的市场前景。

复合修形设计对传动齿轮齿面磨损的影响研究

为减小齿面磨损量、改善其传动性能,提出了一种基于Sine-SSA-BP模型的复合修形设计方法,以探明修形设计对齿面磨损的影响。依据Archard磨损模型求解出齿面磨损量,以磨损阈值和许用磨损量为判据进行齿面重构和修形设计,并分别推导了新齿面坐标方程;同时,利用Sine混沌映射改进的麻雀搜索算法(Sparrow Search Algorithm,SSA)优化反向传播(Back Propagation,BP)神经网络,与传统BP模型进行对比,验证Sine-SSA-BP模型的精度,以此表征修形参数与磨损量之间的隐式关系,并进一步探究修形参数影响下齿面磨损量的分布规律;最后,迭代求解得出最佳修形参数值并进行齿轮修形设计,对比分析修形设计对齿面磨损量的影响。结果表明,复合修形设计后的齿面接触状态得到显著改善,磨损量明显下降。本文方法有利于减小齿轮早期磨损失效概率,可为齿轮抗磨设计和参数优化提供理论参考。

基于齿轮齿轨传动的斜拉桥多点支撑转体系统设计及应用

跨襄阳北编组站大桥为转体斜拉桥,转体时梁面以上塔高73 m,最大转体重量32000 t,为提高转体过程中桥梁的抗倾覆稳定性,设计了基于齿轮齿轨传动的多点支撑转体系统。转体系统主要由转动系统(中心球铰、常规撑脚、滑道、齿条)及辅助支撑系统(驱动承力支腿、电气控制系统)组成。中心球铰设计最大承载28000 t,6个驱动承力支腿总设计承载6000 t,通过6个驱动承力支腿的齿轮啮合齿轨实现桥梁转体。该转体系统通过降低中心球铰承受的竖向荷载,改善了承台及桩基的受力状态;转体过程中6个驱动承力支腿实时与滑道保持接触状态,提高了转体桥梁的抗倾覆稳定性。对转动结构和辅助支撑系统受力进行计算,结果表明该转体系统受力满足要求。工程实践验证了该转体系统的可靠性。

喷浆机器人卷筒用齿轮传动系统优化设计

齿轮传动系统常用的设计方法是以输入参数和材料特性为基础,通过近似法多次进行所需参数的求解与校核,直到满足设计要求。此方法有设计效率低、安全裕量大等缺点。依据优化设计理论建立齿轮传动系统的优化设计数学模型,并利用MATLAB软件优化工具箱中的Fmincon函数对其进行求解,从而得到最优设计方案,以提高齿轮传动系统设计效率、减小设计体积、降低设计成本。

行星齿轮传动系统的参数化设计与仿真

行星齿轮传动系统的参数化设计包含外齿轮、内齿轮两种不同的齿轮类型,虚拟装配模型包含多对内啮合和多对外啮合配合关系。为提高行星齿轮传动系统的设计质量和设计效率,使用Creo软件的参数化设计功能,建立外齿轮、内齿轮的参数化模型,进而完成行星齿轮传动系统的装配模型。最后通过对装配模型进行运动学仿真,验证设计的准确性和可靠性。

直线共轭内啮合齿轮传动的齿形参数研究

针对直线共轭内啮合齿轮副的特性,参照渐开线齿轮传动定义了直线齿廓外齿轮的基本参数,讨论了齿顶半角、压力角和最小齿数的关系,分析了直线齿廓上的压力角随齿高的变化规律,提出了直线共轭变位传动的概念。在此基础上,对齿廓上的啮合极限点进行了研究,计算了直线齿廓上可以参与啮合的线段长度。通过研究齿廓线段与对应啮合转角之间的关系,推导了重合度计算公式,保证在齿形参数设计时满足连续传动的要求。最后通过内啮合齿轮泵的工程实例,验证了直线共轭内啮合传动的齿形参数设计方法和齿轮副的啮合传动性能。

渐开线圆柱齿轮传动弹流润滑工程设计分析

通过分析齿轮润滑机理,揭示了齿轮副啮合线上相对滑动速度的变化规律。根据道森·希金森最小油膜经验公式,对影响齿轮润滑性能的关键因素—当量曲率半径和卷吸速度随传动比和变位系数变化的规律进行分析,基于精确齿廓计算出齿面载荷沿啮合线分布情况。通过编程计算相应的关系曲线图,分析了传动比、变位系数、压力角及中心距等齿轮设计参数对齿轮副最小油膜厚度的影响,结果表明:传动比会使最小油膜厚度曲线倾斜和旋转,变位系数决定了膜厚曲线沿啮合线的起始点和终止点,并引起齿轮副中心距变化间接影响最小油膜厚度,中心距、压力角与最小膜厚的关系是正相关关系。最后,根据膜厚比关系判断齿轮润滑状态,通过实例计算曲线可见,该齿轮副最小油膜厚度点并未发生在小齿轮齿根与大齿轮齿顶啮合点处,因此采用啮合节点油膜厚比来判定齿轮润滑状态。以上所得结论对于齿轮传动弹流润滑设计提供了一定的参考依据。

薄煤层采煤机摇臂行星传动齿轮优化设计

针对薄煤层采煤机摇臂行星传动齿轮优化设计问题,以优化设计理论为基础,以渐开线圆柱齿轮设计原则、齿面接触疲劳强度、齿根弯曲疲劳强度、行星传动齿轮配齿要求等为约束条件,以行星传动齿轮体积最小为优化设计目标。从具体问题抽象出5个变量,7类边界约束条件和3个关联条件组成的复杂数学模型,分别运用fmincon非线性规划方法和遗传算法,在MATLAB软件上实现问题求解。结果表明,非线性规划和遗传算法两种优化方法都能够达到减小行星减速器体积,提高功率密度的设计目标;遗传算法相比非线性规划方法在寻找全局最优解方面,更有优势。

薄煤层采煤机摇臂行星传动齿轮优化设计研究

科学技术飞速发展的现如今,创建产品数学模型,通过数字CAD/CAE等辅助技术优化产品设计方案,实现产品可靠性与开发效率的提升,是机械设计研究的必然趋势。作为矿山设备的一种常用传动方式,行星齿轮传动机构结构比较复杂,造成该传动齿轮设计周期长,且难度大。因我国薄煤层地质条件比较特殊,主要选择窄截深开采,而薄煤层开采深度与采煤机身会限制摇臂行星传动齿轮轴向尺寸,由此就会对薄煤层采煤机密度化、高效率开展工作产生严重制约。本文优化分析薄煤层采煤机的摇臂行星传动齿轮,以期能够减小行星传动齿轮体积,提升采煤机摇臂可靠性与设计效率,优化设计结果显示,与常规设计相比,采煤机摇臂传动齿轮体积进一步缩小,增大了齿轮功率密度,使薄煤层采煤机环境适应性得到提升。

偏心-高阶椭圆锥齿轮副设计与传动特性分析

根据空间齿轮啮合原理,提出一种偏心-高阶椭圆锥齿轮副的设计方法,建立了偏心-高阶椭圆锥齿轮副的数学传动模型,推导出偏心椭圆锥齿轮和与其相互啮合的高阶椭圆锥齿轮的节锥面、球面节曲线方程;分析了范成法生成偏心-高阶椭圆锥齿轮齿廓的过程,获得了范成刀具的空间走刀位置;结合VB与Solidworks(API),开发出偏心-高阶椭圆锥齿轮仿真加工设计程序,得到了偏心-高阶椭圆锥齿轮副的虚拟实体及其装配模型;通过对偏心-高阶椭圆锥齿轮副传动特性的分析,得到了偏心-高阶椭圆锥齿轮副传动过程中传动比、从动轮角速度和角加速度的变化规律。

基于动力学和可靠性的风力发电齿轮传动系统参数优化设计

通过建立1.5 MW风力发电齿轮传动系统动力学微分方程,考虑由风速变化引起的外部激励和由时变啮合刚度与综合误差引起的内部激励,应用模态叠加法求解系统的动力学微分方程并给出了使用系数和动载系数的表达式。在此基础上,对齿轮传动系统的优化问题进行了深入研究,建立以等强度原则和可靠性为约束,以体积最小为目标的优化设计数学模型,利用Matlab的优化工具进行优化,并对实例进行分析计算。分析结果表明,给出的变工况动载荷条件下的风电齿轮传动系统优化设计方法和得到的设计参数,能有效地提高传动系统的可靠度,明显降低重量和体积。

基于FORM的齿轮传动多学科优化设计

通常多学科设计优化是一种确定性设计方法,未考虑不确定性因素的影响。为降低多学科设计优化过程中不确定性因素对系统性能的影响,将一次可靠性方法与协同优化方法相结合,应用到多学科设计优化中。建立基于一次可靠性方法的协同优化的数学模型,并阐述其求解流程,该方法可用于多学科设计优化领域的可靠性设计问题。分别运用协同优化方法和基于一次可靠性方法的协同优化实现了减速器齿轮传动的多学科优化设计,在这两种方法的系统级优化中,引入松弛变量,将一致性等式约束转化为不等式约束,使算法易于收敛。优化结果表明基于一次可靠性方法的协同优化方法求得的最优解使得约束条件满足了可靠性要求,提高了系统的可靠性,具有实际工程意义。