基于低耗非对称齿轮的NGWN(Ⅱ)型行星传动效率与承载能力研究

摘要

实际工程机械装备的齿轮传动系统为满足大传动比要求，常采用多级圆柱齿轮传动或多级NGW型行星传动的形式，这将导致传动系统的体积重量大、故障率高、可靠性差。针对该问题，选用大速比NGWN(II)型行星传动（其传动比范围为50～500），可缩短传动链、减少构件数量，提升传动系统的可靠性，但这种行星传动存在效率较低的问题，限制了其使用范围。
　　本文针对NGWN(II)型行星传动存在的这一问题，结合国家重大基础研究计划（973计划）（2014CB046304）的研究任务，开展了以下研究工作：
　　①针对NGWN(II)型行星传动效率低的问题，研究了NGWN(II)型行星传动效率低的主要原因，给出了提升效率的方法，包括：降低循环功率流、采用低耗齿轮和减小齿面摩擦系数，重点研究了采用低耗齿轮对NGWN(II)型行星传动效率和承载能力的影响，发现采用低耗齿轮可明显提升NGWN(II)型行星传动的效率，但会降低其承载能力。
　　②针对低耗齿轮会降低NGWN(II)型行星传动承载能力的问题，采用非对称齿形来提升齿轮承载能力。首先，建立了非对称齿轮的单圆弧齿条型、齿轮型刀具模型，研究了非对称内、外齿轮副的啮合特性，给出了采用解析法计算非对称内、外齿轮应力的方法，结果表明，外齿轮的接触应力、弯曲应力和内齿轮的接触应力均随着压力角的增大而减小，但内齿轮的弯曲应力随着压力角的增大而增大。研究了采用对称齿形的NGWN(II)型行星传动承载能力的制约因素，结果表明：NGWN(II)型行星传动承载能力的主要制约因素是内啮合副的接触强度薄弱。研究了采用非对称齿轮提升NGWN(II)型行星传动承载能力的设计方法，得到NGWN(II)型行星传动实现较高承载能力的非对称齿形的参数取值范围，通过实例验证了采用非对称齿轮提升NGWN(II)型行星传动承载能力的有效性。
　　③为同时提升NGWN(II)型行星传动的效率和承载能力，给出了采用低耗非对称齿轮的NGWN(II)型行星传动的设计方法。以NGWN(II)型行星传动的效率、内啮合副接触强度安全系数的加权值以及体积/重量为目标函数，考虑配齿计算、几何干涉以及强度等约束条件，建立了采用低耗非对称齿轮的NGWN(II)型行星传动的多目标优化设计模型，采用NSGA-II算法优化获得了可根据设计需求选择的Pareto最优解集。结果表明，采用低耗非对称齿轮同时提升了NGWN(II)型行星传动的效率和承载能力。

目录

1 绪 论

1.1研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3本文的研究内容

2 NGWN(II)型行星传动的效率研究

2.1 NGWN(II)型行星传动的基本参数与效率计算

2.2 NGWN(II)型行星传动效率较低的原因

2.3提高NGWN(II)型行星传动效率的方法

2.4低耗齿轮重合度对NGWN(II)效率与接触强度的影响

2.5本章小结

3 非对称齿轮传动的啮合机理分析与承载能力计算

3.1非对称齿轮的刀具模型

3.2非对称齿轮全齿廓方程

3.3非对称齿轮副啮合传动的特点

3.4非对称齿轮承载能力的计算与实例分析

3.5本章小结

4 NGWN(II)型行星传动承载能力的研究

4.1 NGWN(II)行星齿轮传动受力分析

4.2采用普通对称齿轮的NGWN(II)承载能力研究

4.3采用非对称齿轮的NGWN(II)承载能力研究

4.4本章小结

5 基于低耗非对称齿轮的NGWN(II)型行星传动多目标

5.1基于低耗非对称齿轮的NGWN(II)参数计算

5.2优化模型

5.3多目标优化方法

5.4优化结果分析

5.5本章小结

6 结论与展望

6.1结论

6.2展望

致谢

参考文献

附录

A 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录

B 作者在攻读硕士学位期间参与的科研项目