面齿轮RV减速装置的研究

摘要

为了满足现代航天航空用减速装置综合性能要求不断提高的需要，本文设计出一种新型航空用的减速装置，以满足体积小、重量轻、动力学特性好、传动效率高、传动平稳等的苛刻要求，而往往这些要求在设计减速装置中起到决定性的作用。本文通过方案设计、结构设计、优化设计和计算机仿真，设计出一种高效面齿轮 RV减速装置，并对面齿轮轮齿可能产生的裂纹进行分析，来获得轮齿裂纹扩展规律，以便验证该减速装置的可靠性。
　　根据设计要求，分别提出蜗轮-蜗杆减速装置、谐波减速装置、K-H-V型少齿差减速装置、面齿轮 RV减速装置等四种方案设计。并在这四种方案设计中进行了分析和比较，要在小的空间内要实现以上要求，采用第一级正交面齿轮副和第二级少齿差传动的面齿轮 RV减速装置的方案，并在第二级传动中引入内啮合变厚齿轮，以便更好地减少回差和振动；根据传统设计方法确定减速装置结构关键参数，并对其关键部位进行回差分析、强度分析和模态分析，为新型减速系统结构设计和之后的扩展有限元仿真提供坚实的基础。
　　针对面齿轮 RV减速装置各个参数相互限制，本文将基本的文化粒子群算法和双群体差分算法融合起来，从而优化改进了文化粒子群算法。该算法通过构建多层信仰空间和改进的双群体差分进化群体空间，解决了文化粒子群算法存在的更新信仰空间难以获得全局最优解，以及舍弃高适应度的不可行解导致可能遗失全局最优解的问题。通过对单、多变量双目标标准测试函数的优化求解，验证了该算法的收敛性和正确性。再将该算法用于面齿轮RV减速装置的结构设计中，以获得减速装置的优化结构参数，来达到减速装置的体积小和少齿差传动中啮合角小的要求。
　　针对减速装置中的轮齿断裂现象，以处在高速级的面齿轮为研究对象，依据面齿轮加工啮合原理和插齿理论齿廓包络面方程，导出了正交面齿轮理论齿廓，利用 Pro/E软件生成了正交面齿轮三维实体模型。并基于ABAQUS/XFEM对正交面齿轮轮齿静态Ⅰ型裂纹和Ⅰ、Ⅱ混合型裂纹进行了数值模拟分析。同时，在静态裂纹分析的基础上，进一步分析了正交面齿轮动态裂纹扩展过程。探究了基于 ABAQUS/XFEM的正交面齿轮轮齿裂纹的扩展规律。
　　本文不但设计出一种新型减速装置，还研究了优化减速装置的算法，为改良优化减速装置的大小提供了依据，对研制新一代高性能减速装置打下坚实的基础。

目录

声明

第1章 绪论

1.1课题研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3主要研究内容

第2章 减速装置方案设计及结构设计

2.1减速装置设计要求

2.2减速装置的设计方案

2.3减速器装置部分关键参数计算

2.4减速装置有限元强度分析和模态分析

2.5减速装置回差的分析和计算

2.6本章小结

第3章 基于改进文化粒子群算法的减速装置优化

3.1基本文化粒子群算法原理

3.2多层信念空间的文化粒子群算法

3.3基于差分算法的改进文化粒子群融合算法

3.4改进的文化粒子群算法标准测试函数验证

3.5基于改进算法的减速器结构参数优化

3.6本章小结

第4章 面齿轮裂纹扩展分析

4.1正交面齿轮几何模型

4.2基于XFEM的裂纹扩展原理

4.3正交面齿轮轮齿裂纹扩展仿真研究

4.4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢