新型双梁铸造起重机主减速器的优化设计研究

摘要

在我国冶金中小企业中搬运钢水的起重机存在着重大的安全隐患，这种隐患若不清除则会有引发特大事故的可能，用普通桥式起重机代替成本较高但安全性能较好的铸造起重机去搬运钢水，这是安全事故的根源。笔者针对这个严重问题的解决，构思了新型双梁铸造起重机。该起重机的起升机构与传统的四梁铸造起重机有同样的安全构造，但成本比较低廉。适合在冶金中小企业里推广。 由于双梁起重机空间的限制，制造这种起重机的关键问题是：在有限的空间内安装有足够承载能力的特种减速器。初步计算表明采用现有标准减速器其承载能力严重不足，笔者利用齿轮啮合参数的优化（齿轮优化设计）来解决这个关键问题。 齿轮优化设计在现代机械设计中占有非常重要的地位。传统设计由于专业理论和计算工具的限制，设计者只能根据经验和判断先制定设计方案，随后再对给定的方案进行系统分析和校核，往往要经几代人的不断研制、实践和改进，才能使某类产品达到较满意的程度。由于产品设计质量要求日益提高和设计周期要求日益缩短，传统设计已越来越显得不能适应工业发展的需要。 基于最优化原理和计算技术的机械结构优化设计，能从众多的设计方案中找出最佳方案，从而大大提高了设计效率和质量。优化设计作为一门新兴的学科，被广泛应用于生产管理、军事指挥和科学实验等领域，如工程设计中的最优化设计等。笔者提出采用改进的复合形方法，对二级斜齿圆柱齿轮减速器进行了优化设计，在总结前人的设计经验数据的基础上，在斜齿圆柱齿轮减速器的静态优化设计中引入齿轮强度可靠性约束条件，建立了两级斜齿圆柱齿轮减速器可靠性优化设计数学模型，并给出了设计实例。结果显示，采用此方法不仅算法可靠有效，而且编写程序简单，设计效率得以提高。这对齿轮传动减速器的设计具有一定的现实意义。 双梁铸造起重机限制减速器的总中心距为750mm，对应的现有标准减速器仅能传递46kW的功率。笔者通过齿轮优化设计，得到在同样尺寸和材料（含热处理）条件下承载能力达70.3kW的减速器，满足了双梁铸造起重机的特别需要。也使得我国冶金中小企业的安全隐患以较低的成本得以消除成为可能。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章新型双梁铸造起重机主减速器的优化设计研究

1.1提出问题

1.2铸造起重机安全问题的分析及解决方案

1.3齿轮优化设计问题的提出

1.4参数优化的方法

1.5圆柱齿轮减速器的优化设计

1.6本课题研究的内容

第二章减速器研究现状

2.1减速器的介绍

2.1.1减速器的主要形式及其特性

2.1.2圆柱齿轮减速器

2.1.3 QJ型起重机三支点减速器简介

2.2国内外研究现状

第三章优化设计概论

3.1传统优化方法

3.2现代优化方法

3.3复合型法

3.3.1初始复合形的形成

3.3.2复合形法的搜索方法

3.3.3复合形法的计算步骤及算法框图

3.3.4自编复合形法的计算机程序

3.4新型起重机减速器优化设计的数学模型

3.5小结

第四章减速器优化设计的基本概念

4.1优化设计对象分析

4.1.1模数

4.1.2螺旋角

4.1.3齿数

4.1.4变位系数

4.1.5齿宽

4.1.6传动比和传动级数

4.1.7其它

4.2斜齿圆柱齿轮传动的强度计算

4.2.1齿面接触疲劳强度计算

4.2.2齿根弯曲疲劳强度计算

第五章中心距和总传动比确定条件下追求最大的承载能力

5.1接触承载能力

5.2设计变量的确定

5.3目标函数的确定

5.4约束条件的建立

5.5优化实例:QJ型二级起重机减速器

5.6新型双梁铸造起重机主减速器的优化

第六章当载荷总传动比一定时追求减速器的体积最小

6.1二二级圆柱齿轮减速器的体积最小优化方法

6.1.1目标函数及设计变量的确定

6.1.2约束条件的建立

6.2优化设计实例及与其它优化方法比较

6.2.1优化设计实例

6.2.2其它优化方法与复合形法的优化效果对比

6.3部分QJ型二级起重机减速器优化结果

6.4新型双梁铸造起重机主减速器的优化

第七章总结与展望

7.1全文总结

7.2课题展望与建议

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文