铸造吊起升减速器优化设计

摘要

铸造吊是冶金生产关键设备，起升减速器作为吊车核心部件，其性能、寿命将对吊车整机运行产生重要影响。如何最大限度地提高减速器性能，成为该领域研究关键问题。本文对铸造吊起升减速器进行优化设计研究，建立等强度齿轮承载能力减速器传动系统优化设计数学模型，利用遗传算法求解齿轮结构最优参数;应用拓扑优化方法进行减速器关键部件结构优化设计。
　　首先，结合铸造吊起升减速器功能特点、性能指标，提出减速器总体方案，对齿轮轴、齿轮、轴系、箱体等减速器关键零部件进行结构、尺寸设计，构建减速器关键部件力学模型。
　　其次，基于等强度设计目标，针对各级齿轮弯曲疲劳强度建立数学模型，确定以齿轮的模数、齿数作为优化变量的数学模型。以减速器的中心距、传动比作为几何约束，以齿轮副的接触疲劳强度、变位系数、齿顶不干涉以及不变尖等要求作为约束条件，建立减速器传动的优化模型;采用遗传算法，利用MATLAB软件平台，实现模型的优化求解;建立了起升减速器主要零部件有限元分析模型，完成了齿轮机构弯曲疲劳强度一致性验证。
　　最后，基于OptiStruct平台综合考虑静态刚度以及动态低阶频率，进行减速器的关键部件多目标拓扑优化设计，依据优化结果对减速器箱体进行结构优化设计，完成箱体静态强度、刚度分析以及模态分析，得到具有良好力学性能的箱体结构。
　　分析结果表明优化设计的铸造吊起升减速器承载能力及可靠性提高。本文设计方法对冶金行业大吨位铸造吊减速器设计具有理论指导意义。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 减速器设计国内外研究现状

1．3 本文研究的主要内容

2 铸造吊起升减速器方案设计

2．1 减速器总体方案设计

2．1．1 减速器布置形式

2．1．2 减速器传动方案

2．2 减速器关键部件设计

2．2．1 齿轮轴、齿轮设计

2．2．2 轴系设计

2．2．3 箱体设计

2．3 减速器受力分析

2．3．1 齿轮轴、齿轮受力分析

2．3．2 箱体的受力分析

2．4 本章小结

3 齿轮传动系统优化模型

3．1 优化设计目标函数

3．2 优化设计设计变量

3．3 优化设计约束条件

3．3．1 减速器中心距约束条件

3．3．2 传动比约束条件

3．3．3 模数约束条件

3．3．4 齿数约束条件

3．3．5 变位系数约束条件

3．3．6 接触疲劳安全系数约束条件

3．3．7 重合度约束条件

3．3．8 齿顶不干涉约束条件

3．3．9 齿顶不变尖约束条件

3．4 本章小结

4 齿轮传动系统优化方法实现

4．1 优化算法选择

4．2 优化算法实现

4．2．1 确定编码机制

4．2．2 遗传操作

4．2．3 算法的实现

4．3 优化结果分析

4．3．1 原始设计结果

4．3．2 弯曲强度优化结果

4．3．3 优化结果分析

4．4 优化结果验证

4．4．1 有限元方法概述

4．4．2 有限元分析校核

4．5 本章小结

5 减速器关键部件优化设计

5．1 拓扑优化设计概述

5．2 减速器箱体概念设计

5．2．1 拓扑优化模型建立

5．2．2 拓扑优化参数设置

5．2．3 拓扑优化方案设计

5．3 减速器箱体性能分析

5．3．1 材料属性及单元类型

5．3．2 网格划分

5．3．3 施加载荷边界条件

5．3．4 计算结果分析

5．4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢