陆静:卷盘喷灌机行星齿轮减速箱优化设计与仿真分析论文

陆静:卷盘喷灌机行星齿轮减速箱优化设计与仿真分析论文

本文主要研究内容

作者陆静(2019)在《卷盘喷灌机行星齿轮减速箱优化设计与仿真分析》一文中研究指出:卷盘喷灌机具有维护方便、喷洒均匀度高等优点,现已成为我国最具发展前景的灌溉装备之一。现有的卷盘喷灌机存在以下问题:大多数卷盘喷灌机采用水涡轮驱动,水涡轮工作效率较低,且低工况下动力不足;水涡轮驱动型卷盘喷灌机传动系统包括带传动、减速箱(4~5级圆柱齿轮传动)、链传动,传动系统冗杂且效率低下。针对以上问题,本文采用永磁无刷直流电机代替水涡轮驱动,电机工作效率高于70%;电机转速较高,减速箱需要的传动比增加至380~550,原有的4~5级圆柱齿轮传动无法满足大传动比需求,针对电机驱动装置设计出了一种高效率大传动比的行星齿轮传动系统。三级行星齿轮传动系统结构紧凑,对应的行星齿轮箱体结构体积和质量减小,但电机转速较高,因此电机驱动型减速箱需要比水涡轮驱动型减速箱具有更强的承载能力。为了减小传动机构体积、提升行星齿轮减速箱传动性能、延长各零部件的使用寿命以及提高该减速箱的经济性,本文做了以下几个方面研究:(1)优化设计了一种高效大传动比的电驱动卷盘喷灌机行星齿轮传动系统。对行星齿轮传动系统的传动比和档位进行设计,确定了行星齿轮传动系统结构。完成了对三级行星齿轮传动机构的优化设计,首先选取设计变量,建立了以三级行星齿轮传动机构体积最小为目标的目标函数,同时基于行星齿轮传动设计原理,确定了对应的约束函数。然后运用MATLAB中的遗传算法工具箱,编写相关程序,设置相应参数,对三级行星齿轮传动机构进行优化求解。根据所得最优解,结合设计原则,圆整了优化结果,且优化结果表明,优化后传动机构总体积减少17.9%。最后对优化后的电驱动型行星齿轮传动系统进行效率试验,传动效率相较于原有的水涡轮驱动型传动系统效率提升了约25%,验证了优化的合理性。(2)建立了三级行星齿轮传动机构三维模型,并对关键齿轮进行微观修形。详细介绍了使用Romax Designer对三级行星齿轮传动机构的建模过程,以及行星齿轮组详细模型的建立、载荷谱的定义过程,为后续的仿真优化奠定基础。对模型进行仿真分析,根据修形前太阳轮齿面单位长度载荷分布图确定修形方法和修形量,最终采用齿向修形和齿廓修形相结合的方法对太阳轮进行微观修形。将修形前后第一级太阳轮单位长度所受载荷图及修形前后齿轮传动误差图进行对比分析,修形后一级太阳轮齿面单位长度最大载荷由328N/mm下降至159N/mm,减少了51.5%,传动误差由4μm降至0.15μm,且齿面载荷分布均匀,显著改善了啮合质量,提高了太阳轮的承载能力。(3)采用现代设计方法对行星齿轮减速箱箱体进行了优化设计。在SolidWorks中对减速箱箱体进行参数化建模,并在参数化建模的基础上提出了对箱体关键尺寸进行优化。阐述了响应曲面优化的基本原理,然后使用Workbench优化模块对选择的四个箱体设计尺寸进行试验设计,并对数据拟合度、设计变量和目标参数灵敏度、目标参数间的关系以及设计变量对目标参数的响应线和响应面进行了分析,最后得到基于多目标优化的结果,箱体质量减轻7.8%,最大变形量减少11.5%,箱体所受最大应力减少19.9%。(4)运用有限元分析方法对行星齿轮减速箱箱体进行了优化前后性能对比分析。通过静力学对比分析,优化后箱体所受最大应力减少6400pa,箱体总位移减少9.48%,优化后减速箱箱体所受最大应力和箱体变形量都减小,强度和刚度都有明显提高,且箱体运行性能得到提升。通过模态对比分析,每一阶固有频率都有一定增加,前五阶的最大相对变形量变化不大,但第六阶最大相对变形量由9.7136mm降为6.6249mm,下降了约31.8%,箱体总体刚度提升。箱体最低阶固有频率为100.5Hz,远大于电机最大转速引起的激励响应频率,不会发生共振现象。最后对箱体进行了模态试验,各阶相对误差都小于5%,验证了有限元模型的准确性。

Abstract

juan pan pen guan ji ju you wei hu fang bian 、pen sa jun yun du gao deng you dian ,xian yi cheng wei wo guo zui ju fa zhan qian jing de guan gai zhuang bei zhi yi 。xian you de juan pan pen guan ji cun zai yi xia wen ti :da duo shu juan pan pen guan ji cai yong shui guo lun qu dong ,shui guo lun gong zuo xiao lv jiao di ,ju di gong kuang xia dong li bu zu ;shui guo lun qu dong xing juan pan pen guan ji chuan dong ji tong bao gua dai chuan dong 、jian su xiang (4~5ji yuan zhu chi lun chuan dong )、lian chuan dong ,chuan dong ji tong rong za ju xiao lv di xia 。zhen dui yi shang wen ti ,ben wen cai yong yong ci mo shua zhi liu dian ji dai ti shui guo lun qu dong ,dian ji gong zuo xiao lv gao yu 70%;dian ji zhuai su jiao gao ,jian su xiang xu yao de chuan dong bi zeng jia zhi 380~550,yuan you de 4~5ji yuan zhu chi lun chuan dong mo fa man zu da chuan dong bi xu qiu ,zhen dui dian ji qu dong zhuang zhi she ji chu le yi chong gao xiao lv da chuan dong bi de hang xing chi lun chuan dong ji tong 。san ji hang xing chi lun chuan dong ji tong jie gou jin cou ,dui ying de hang xing chi lun xiang ti jie gou ti ji he zhi liang jian xiao ,dan dian ji zhuai su jiao gao ,yin ci dian ji qu dong xing jian su xiang xu yao bi shui guo lun qu dong xing jian su xiang ju you geng jiang de cheng zai neng li 。wei le jian xiao chuan dong ji gou ti ji 、di sheng hang xing chi lun jian su xiang chuan dong xing neng 、yan chang ge ling bu jian de shi yong shou ming yi ji di gao gai jian su xiang de jing ji xing ,ben wen zuo le yi xia ji ge fang mian yan jiu :(1)you hua she ji le yi chong gao xiao da chuan dong bi de dian qu dong juan pan pen guan ji hang xing chi lun chuan dong ji tong 。dui hang xing chi lun chuan dong ji tong de chuan dong bi he dang wei jin hang she ji ,que ding le hang xing chi lun chuan dong ji tong jie gou 。wan cheng le dui san ji hang xing chi lun chuan dong ji gou de you hua she ji ,shou xian shua qu she ji bian liang ,jian li le yi san ji hang xing chi lun chuan dong ji gou ti ji zui xiao wei mu biao de mu biao han shu ,tong shi ji yu hang xing chi lun chuan dong she ji yuan li ,que ding le dui ying de yao shu han shu 。ran hou yun yong MATLABzhong de wei chuan suan fa gong ju xiang ,bian xie xiang guan cheng xu ,she zhi xiang ying can shu ,dui san ji hang xing chi lun chuan dong ji gou jin hang you hua qiu jie 。gen ju suo de zui you jie ,jie ge she ji yuan ze ,yuan zheng le you hua jie guo ,ju you hua jie guo biao ming ,you hua hou chuan dong ji gou zong ti ji jian shao 17.9%。zui hou dui you hua hou de dian qu dong xing hang xing chi lun chuan dong ji tong jin hang xiao lv shi yan ,chuan dong xiao lv xiang jiao yu yuan you de shui guo lun qu dong xing chuan dong ji tong xiao lv di sheng le yao 25%,yan zheng le you hua de ge li xing 。(2)jian li le san ji hang xing chi lun chuan dong ji gou san wei mo xing ,bing dui guan jian chi lun jin hang wei guan xiu xing 。xiang xi jie shao le shi yong Romax Designerdui san ji hang xing chi lun chuan dong ji gou de jian mo guo cheng ,yi ji hang xing chi lun zu xiang xi mo xing de jian li 、zai he pu de ding yi guo cheng ,wei hou xu de fang zhen you hua dian ding ji chu 。dui mo xing jin hang fang zhen fen xi ,gen ju xiu xing qian tai yang lun chi mian chan wei chang du zai he fen bu tu que ding xiu xing fang fa he xiu xing liang ,zui zhong cai yong chi xiang xiu xing he chi kuo xiu xing xiang jie ge de fang fa dui tai yang lun jin hang wei guan xiu xing 。jiang xiu xing qian hou di yi ji tai yang lun chan wei chang du suo shou zai he tu ji xiu xing qian hou chi lun chuan dong wu cha tu jin hang dui bi fen xi ,xiu xing hou yi ji tai yang lun chi mian chan wei chang du zui da zai he you 328N/mmxia jiang zhi 159N/mm,jian shao le 51.5%,chuan dong wu cha you 4μmjiang zhi 0.15μm,ju chi mian zai he fen bu jun yun ,xian zhe gai shan le nie ge zhi liang ,di gao le tai yang lun de cheng zai neng li 。(3)cai yong xian dai she ji fang fa dui hang xing chi lun jian su xiang xiang ti jin hang le you hua she ji 。zai SolidWorkszhong dui jian su xiang xiang ti jin hang can shu hua jian mo ,bing zai can shu hua jian mo de ji chu shang di chu le dui xiang ti guan jian che cun jin hang you hua 。chan shu le xiang ying qu mian you hua de ji ben yuan li ,ran hou shi yong Workbenchyou hua mo kuai dui shua ze de si ge xiang ti she ji che cun jin hang shi yan she ji ,bing dui shu ju ni ge du 、she ji bian liang he mu biao can shu ling min du 、mu biao can shu jian de guan ji yi ji she ji bian liang dui mu biao can shu de xiang ying xian he xiang ying mian jin hang le fen xi ,zui hou de dao ji yu duo mu biao you hua de jie guo ,xiang ti zhi liang jian qing 7.8%,zui da bian xing liang jian shao 11.5%,xiang ti suo shou zui da ying li jian shao 19.9%。(4)yun yong you xian yuan fen xi fang fa dui hang xing chi lun jian su xiang xiang ti jin hang le you hua qian hou xing neng dui bi fen xi 。tong guo jing li xue dui bi fen xi ,you hua hou xiang ti suo shou zui da ying li jian shao 6400pa,xiang ti zong wei yi jian shao 9.48%,you hua hou jian su xiang xiang ti suo shou zui da ying li he xiang ti bian xing liang dou jian xiao ,jiang du he gang du dou you ming xian di gao ,ju xiang ti yun hang xing neng de dao di sheng 。tong guo mo tai dui bi fen xi ,mei yi jie gu you pin lv dou you yi ding zeng jia ,qian wu jie de zui da xiang dui bian xing liang bian hua bu da ,dan di liu jie zui da xiang dui bian xing liang you 9.7136mmjiang wei 6.6249mm,xia jiang le yao 31.8%,xiang ti zong ti gang du di sheng 。xiang ti zui di jie gu you pin lv wei 100.5Hz,yuan da yu dian ji zui da zhuai su yin qi de ji li xiang ying pin lv ,bu hui fa sheng gong zhen xian xiang 。zui hou dui xiang ti jin hang le mo tai shi yan ,ge jie xiang dui wu cha dou xiao yu 5%,yan zheng le you xian yuan mo xing de zhun que xing 。

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  • 论文详细介绍

    论文作者分别是来自江苏大学的陆静,发表于刊物江苏大学2019-09-19论文,是一篇关于卷盘式喷灌机论文,行星齿轮传动论文,遗传算法优化论文,齿轮微观修形论文,箱体优化设计论文,静力学分析论文,模态分析论文,江苏大学2019-09-19论文的文章。本文可供学术参考使用,各位学者可以免费参考阅读下载,文章观点不代表本站观点,资料来自江苏大学2019-09-19论文网站,若本站收录的文献无意侵犯了您的著作版权,请联系我们删除。

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