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。

渐开线变厚齿轮的承载力优化设计

为了进一步提高变厚齿轮的承载能力,以其接触应力和啮合刚度为优化目标函数进行了多目标优化设计,并以接触应力最小、啮合刚度最大为目标建立优化数学模型,使用Matlab遗传算法对优化数学模型进行求解。实例验证表明,优化设计后,啮合齿面的接触应力下降,啮合刚度增大,承载性能获得改善。该优化设计能有效改善变厚齿轮承载性能,为相关零件设计提供参考。

基于几何图形参数优化的特型齿轮工业造型设计

考虑到工业造型设计方法对于特型齿轮几何参数设定较为不合理,导致特型齿轮传动稳定性较差的问题,提出基于几何图形参数优化的特型齿轮工业造型设计方法。首先,使用SolidWorks三维软件以及球面渐开线方程,构建特型齿轮三维参数模型;其次,使用双面法,设定特型齿轮轮坯的基础参数;再次,根据几何图形参数优化原理,对特型齿轮模型进行优化处理,设定模型约束条件对模型的相关参数进行调整,完成特型齿轮工业造型设计;最后,进行工件制造测试,并对此方法进行分析。测试结果表明:此方法使用后可使传动系统结构更加紧凑,在节约制造成本的同时,提升了齿轮的传动稳定性。

注塑工艺对POM齿轮弯曲疲劳寿命的影响规律

为了研究注塑工艺对聚甲醛(POM)齿轮弯曲疲劳寿命的影响,采用了DOE实验设计方法,并参考GB/T 14230-2021《齿轮弯曲疲劳强度试验方法》中的运转型试验方式来制定试验方案和设计测试装置。按照设计的实验计划,进行了齿轮弯曲疲劳寿命的试验,并获得POM齿轮寿命实验数据。通过Minitab软件对实验数据进行分析,得到弯曲疲劳寿命的主效应图和Pareto图。分析结果表明,模具温度和保压压力是影响POM齿轮弯曲疲劳寿命的两个主要工艺参数。为改善这些工艺参数对齿轮性能的影响,对模型进行了优化改进,并建立了回归方程来描述模具温度和保压压力对齿轮弯曲疲劳寿命的影响。通过实验验证发现,通过Minitab的响应优化得到数据模型预计最佳值及最优工艺配置:模具温度120℃,保压压力120MPa。在工艺优化后,POM齿轮的弯曲疲劳寿命提高了约59%。这表明,经优化后的注塑工艺,可以显著改善POM齿轮的性能,并延长其使用寿命。

专用汽车取力器齿轮修形设计研究

某型专用汽车取力器齿轮副初始修形量偏小,使齿轮在啮合过程中出现冲击噪声。以齿轮传动误差、齿轮啮合应力分布及表面载荷系数作为评价指标,应用KISSsoft软件对该取力器齿轮修形参数进行优化设计。结果表明:经优化的修形方案可以有效改善偏载对齿轮传动平稳性的影响,降低取力器齿轮在传动过程中产生的啮合噪声。

基于改进运动学法和瞬态动力学的谐波齿轮新型齿廓设计研究

为了提升谐波减速器的啮合性能、改善机器人的工作性能,提出了基于改进运动学法和瞬态动力学的谐波齿轮新型齿廓设计方法。首先,针对公切线双圆弧齿廓和S型齿廓的特点,提出了由S型齿廓和公切线双圆弧齿廓相结合的新型柔轮齿廓;其次,基于改进运动学法计算了共轭刚轮的齿廓,并运用瞬态动力学方法对比分析了在不考虑塑形变形情况下齿廓谐波齿轮的啮合侧隙和柔轮应力。对比分析发现,在不考虑塑形变形情况下,新型齿廓谐波齿轮具有更小的啮合侧隙和等效应力,最小啮合侧隙仅为0.0036 mm,给定负载工况下最大等效应力仅为1211.6 MPa,与双圆弧齿廓柔轮、S型齿廓柔轮、公切线双圆弧齿廓相比都明显降低;新型齿廓设计方法可有效改善谐波齿轮的传动性能,为高性能谐波齿轮设计奠定了理论基础。

混合策略改进的草原土拨鼠算法及其应用

针对草原土拨鼠算法收敛速度慢、易陷入局部最优、搜索与开发阶段过渡生硬等问题,提出一种混合策略改进的草原土拨鼠算法(hybrid strategy improved prairie dog optimization, HIPDO)。Piecewise混沌映射被引入以生成均匀性好的初始草原土拨鼠种群;自适应概率阈值过渡策略调整草原土拨鼠算法不同阶段的划定条件;天敌躲避策略增强草原土拨鼠躲避捕食者的能力;次优个体引导策略降低了算法被带入局部极值的风险。利用16个基准测试函数进行实验,结果表明HIPDO比对比的9个算法在更多类型的函数里面有优越性;最后将HIPDO应用到齿轮设计问题和比例-积分-微分(proportion integration differentiation, PID)参数优化问题当中,结果进一步证明了HIPDO是一种求解精度高、适用范围广的实用算法。

多级内啮合摆线泵结构设计和优化

针对单级摆线泵流量范围小,单个泵体可供使用的吸排油回路少,提出一种多级摆线泵的设计方法,阐述了多级内啮合摆线齿轮泵的结构原理,给出了多级内啮合摆线泵关键参数设计方法和结构设计方法,并对内部结构进行优化。试验结果表明,该产品满足客户技术要求。

小型风电行星齿轮的结构设计及动力学分析

应用于家庭小型低风速风电领域的永磁同步发电机往往尺寸较大,增加了生产制造的成本,给发电机的运输以及安装带来困难,将增速齿轮箱引入风电机组提高输入转速,能够减小发电机的尺寸和降低制造成本。行星齿轮具有结构紧凑、抗冲击能力强、效率高等优点。对行星齿轮进行结构选型设计计算,确定行星齿轮各构件的尺寸,在计及时变啮合刚度以及综合啮合误差的条件下通过集中参数法建立平移-扭转非线性动力学模型,并采用四阶Runge-Kutta法进行数值求解。结果表明,行星齿轮各构件各向振动位移幅值较小,可将行星齿轮运用于低风速风电领域。

Aerodynamic optimization design of general parameters for cycloidal propeller in hover based on surrogate model

A surrogate-model-based aerodynamic optimization design method for cycloidal propeller in hover was proposed,in order to improve its aerodynamic efficiency,and analyze the basic criteria for its aerodynamic optimization design.The reliability and applicability of overset mesh method were verified.An optimization method based on Kriging surrogate model was proposed to optimize the geometric parameters for cycloidal propeller in hover with the use of genetic algorithm.The optimization results showed that the thrust coefficient was increased by 3.56%,the torque coefficient reduced by 12.05%,and the figure of merit(FM)increased by 19.93%.The optimization results verified the feasibility of this design idea.Although the optimization was only carried out at a single rotation speed,the aerodynamic efficiency was also significantly improved over a wide range of rotation speeds.The optimal configuration characteristics for micro and small-sized cycloidal propeller were:solidity of 0.2-0.22,maximum pitch angle of 25°-35°,pitch axis locating at 35%-45% of the blade chord length.

浅谈弧齿锥齿轮在钻机设计中的应用

随着弧齿锥齿轮的加工技术逐渐成熟,弧齿锥齿轮在钻井行业应用得也越来越广泛。针对原来钻机中变速、分动箱体及转盘等部件因为采用直齿锥齿轮而产生的噪音大、承载能力低,传动不平稳等现象,现在越来越多的生产厂家逐步用弧齿锥齿轮来替代,对提高钻机的效率使用寿命,改善工作环境等具有重要的意义。本文结合实际加工和工地施工情况,通过理论设计对变速箱锥齿轮进行了优化。

无侧隙双滚子包络环面蜗杆传动的参数优化

无侧隙双滚子包络环面蜗杆传动是一种能同时满足高精度、大载荷要求的新型环面蜗杆传动。为获得啮合性能优良的无侧隙双滚子包络环面蜗杆传动,提出综合考虑传动齿面接触性能和润滑性能对该新型传动的几何参数进行优选。通过对蜗杆副齿面啮合参数如诱导法曲率、卷吸速度、润滑角以及滚子自转角等的数值计算,分析表征传动啮合性能的齿面接触参数的影响因素,进而确定该新型蜗杆传动优化设计变量的取值范围。以此为基础,建立以蜗杆副的滚子自转角及齿面综合系数为优化目标,建立以传动齿面润滑角、蜗杆轴的强度与刚度以及几何不干涉等为约束的优化设计数学模型,并用Matlab的遗传算法工具箱对数值算例进行求解。数值实例表明,经过几何参数优化的蜗杆传动,其齿面接触性能和润滑性能明显得到改善和提高。

双圆弧谐波齿轮传动柔轮齿廓参数的优化设计

"双共轭"啮合区间对提高双圆弧谐波齿轮传动扭转刚度和传动精度有重要作用,提出一种增大"双共轭"啮合区间的方法。综合利用分段函数和啮合不变矩阵建立柔轮齿廓弧长参数方程和理论啮合方程,可有效简化谐波传动理论共轭齿廓的求解过程。基于此,以缩小共轭齿廓间差异为目标建立优化目标函数,对柔轮齿廓分别以公切线倾角、公切线纵向长度和凹圆弧齿廓半径为自变量进行单参数及多参数优化设计。研究结果表明,该优化设计方法可实现柔轮齿廓参数的合理选择,保证谐波传动"双共轭"运动的精度。

考虑力学特性的谐波齿轮啮合参数优化方法

针对谐波齿轮薄壁柔轮易发生疲劳失效的问题,提出了一种考虑力学特性的谐波齿轮啮合参数优化方法。该方法从特有的薄壁件受力与变形特点出发,将对柔轮应力具有较大影响的波发生器径向变形量与啮合区间一起作为优化目标,以波发生器廓线参数、柔轮齿廓参数与刚轮齿廓参数为设计变量,结合遗传算法与罚函数法建立了谐波齿轮啮合参数的无约束多目标优化数学模型,在平衡啮合区间与力学特性的基础上,确定了优化目标权重系数,并通过力学特性分析方法对优化结果的接触、刚度和应力进行分析,从而在啮合参数计算时,改善了易失效零件的受力状况。

基于MAGA一次包络TI蜗杆传动参数优化

以螺旋角、法向模数及蜗轮齿宽为优化变量,采用改进的自适应遗传算法(MAGA)对一次包络TI蜗杆传动进行多目标优化设计。为提高TI蜗杆承载能力、获得良好的蜗杆传动啮合性能,以接触线方向和相对速度方向的夹角、诱导法曲率为优化目标。优化结果表明:采用MAGA进行一次包络TI蜗杆传动参数优化是行之有效的。和传统优化方法相比,MAGA所得优化结果更加合理。

基于齿轮传动系统横-扭-摆耦合非线性动力学模型的齿廓修形优化设计

基于齿轮传动系统动力学模型的齿廓修形优化设计可真实地反映修形参数对齿轮动态特性的影响。考虑几何偏心、陀螺力矩和齿向偏载力矩,建立了单级齿轮传动系统10自由度横-扭-摆耦合非线性动力学模型。提出考虑齿轮实际运动状态并可适用于齿廓修形齿轮的啮合刚度模型,并采用解析法计算啮合刚度。为了降低齿轮传动系统的振动和噪声,以减小齿轮传动系统的动载系数为目标,建立了基于齿轮传动系统横-扭-摆耦合非线性动力学模型的齿廓修形优化模型。对某重载车辆齿轮传动系统进行了齿廓修形优化设计,优化结果有效的降低了齿轮的动载荷,可为设计低振动和低噪声的齿轮传动系统提供依据。

并联混合型有源电力滤波器谐振注入支路设计

注入支路作为并联混合型有源电力滤波器(HAPF)的重要组成部分,其参数设计合理与否对整套滤波装置的性能将产生较大的影响。以此为切入点,就目前探讨较少的串联谐振注入式并联HAPF谐振注入支路参数的设计进行研究,通过结合已有的工程经验,以结构原理分析为基础,从滤波性能和安全性能2个方面探讨谐振注入支路对装置整体性能的影响,提出以系统电网背景谐波分析为基础,结合装置其他部分的设计情况,以基波谐振支路补偿谐波分流最小为目标,以满足基波无功补偿需求和装置有源部分承受电压为约束条件,从无功容量、有效补偿输出能力和安全稳定性能3个方面进行该支路参数的综合优化设计。仿真实验对比和装置现场运行表明,该方法设计的注入支路参数能够保证整套装置更为安全高效的运行。

风电齿轮传动系统结构参数优化设计与仿真分析

根据风电齿轮箱设计的要求和工作的特点,对齿轮传动系统的优化问题进行了研究。建立了以齿轮的过度曲线干涉和齿轮传动的功率密度等作为约束条件,以追求体积最小为目标的优化设计数学模型,利用Matlab的优化工具箱进行优化,并对实例进行分析。在此基础上,应用Romaxdesigner软件建立虚拟样机模型,在考虑齿轮重量的条件下对齿轮传动系统进行了谐响应分析。研究结果表明:优化后的体积减小了23.35%,减少了制造成本,使结构更紧凑;采用Romaxdesigner和优化分析结合,大大提高了设计的效率和质量,为风电传动系统的轻量化设计提供了理论依据。

直线-共轭内啮合齿轮泵的设计方法

以直线-共轭内啮合齿轮副为研究对象,对直线-共轭内啮合齿轮副的啮合特性进行了系统研究,得到了直线-共轭内啮合齿轮泵转子的较完整的设计方法.介绍了这种泵的工作原理,并综合齿轮及齿轮泵的设计计算方法,分析了直线-共轭内啮合齿形的基本参数和计算公式,给出了基本参数的选取和计算方法,推导了流量计算方程;利用平面啮合定理(Willis定理)和齿廓设计基本方法,分别得到了内、外齿轮的齿廓曲线方程.通过实例,求得其基本参数及齿廓曲线方程,并绘制出直线-共轭齿轮泵转子的图形,验证了基本参数和计算公式的合理性及齿廓曲线方程的正确性.

基于遗传算法的谐波齿轮可靠性优化设计

谐波齿轮具有优异的特性,在传动系统中的应用越来越广泛.针对谐波齿轮,考虑其设计过程中的各种不确定因素,根据其失效形式建立谐波齿轮的可靠性分析模型.在可靠性理论和优化设计方法的基础上,将可靠性设计与遗传算法结合起来;根据应力—强度干涉理论使用一次二阶矩法对谐波齿轮进行了优化设计;使用矩阵微分技术,分析了设计变量对结构可靠性的影响程度,即灵敏度.并使用蒙特卡洛模拟的方法对可靠性进行了验证.在基本随机参数的前二阶矩已知的情况下,通过计算机程序可以迅速准确地得到谐波齿轮可靠性优化设计信息.数值算例表明,所提出的方法是一种实用、有效的方法.