浅谈减速器的优化设计

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1、浅谈减速器的优化设计$1》丨【摘要】减速器是各类机械设备屮广泛应用的传动装管。减速器设计的优劣直接影响机械设备的传动性能。本文通过对两种减速器主要优化设计方法的分析，提出了减速器设计中应考虑的约束条件、kl标函数和变量等。【关键词】减速器优化设计传统的减速器设计一般通过反复的试凑、校核确定设计方案，虽然也能获得满足给定条件的设计效果，但一般不是最佳的。为了使减速器发挥最佳性能，必须对减速器进行优化设计，减速器的优化设计可以在不同的优化1=1标下进行。除了一些极为特殊的场合外，通常可以分为从结构形式上追求最小的体积（重

2、量）、从使用性能方面追求最大的承载能力、从经济效益角度考虑追求最低费用等三大类H标。第一类1=1标与第二类1=1标体现着减速器设计屮的一对矛盾，即体积（重量）与承载能力的矛厉。在一定体积下，减速器的承载能力是有限的；在承载能力一•处时，减速器体积（重量）的减小是有限的。山此看來，这两类目标所体现的本质是一样的。只是前一类把一定的承载能力作为设计条件，把体积（重量）作为优化日标；后一类反之，把一定的体积（重量）作为设计条件，把承载能力作为优化日标。第三类1=1标的实现，将涉及相当多的因素，除减速器设计方案的合理性外，还

3、取决于金业的劳动组织、管理水平、设备构成、人员索质和材料价格等因索。但对于设计人员而言，该1=1标最终还是归结为第一类或第二类kl标，即减小减速器的体积或增大其承载能力。一、单级圆柱齿轮减速器的优化设计单级主减速器可rti—対圆锥齿轮、一对圆柱齿轮或由蜗轮蜗杆组成，具有结构简单、质量小、成本低、使用简单等优点。但是其主传动比io不能太人，一般i0<7,进一步提高i0将增大从动齿轮直径，从而减小离地间隙，且使从动齿轮热处理闲难。单级主减速器广泛应用于轿车和轻、中型货车的驱动桥中。单级圆柱齿轮减速器以体积最小为优化目标的

4、优化设计问题，是一个具有16个不等式约束的6维优化问题，其数学模型可简记为:minf（x）x=[xlx2x3x4x5x6]TWR6S.t.gj（x）16）采川优化设计方法后，在满足强度要求的前提F,减速器的尺寸人大地降低，减少了用材及成本，提高了设计效率和质量。优化设计法与传统设计密切和关，优化设计是以传统设计为基础，沿用了传统设计中积累的大量资料，同时考虑了传统设计所涉及的有关因素。优化设计虽然弥补了传统设计的某些不足，但该设计法仍有其局限性，因此町在优化设计中引入可靠性技术、模糊技术，形成

5、可靠性优化设计或模糊可靠性优化设计等现代设计法，使工程设计技术rtr便”向“软”发展。二、混凝土搅拌运输车减速器的优化设计1.主要参数混凝土搅拌运输车搅拌筒（罐）的设计容积为8〜10in3,最大女装角度12°,工作转速2〜4r/min和10-12r/min（卸料时的反向转速）；减速器设计传动比131:1,最大输出转矩60kNm,要求传动效率高、密封性好、噪声低、互换性强。2.2结构设计主要包括前盖组件、被动轮组件、第一级行星轮总成、第二级行星轮总成、机休中部组件和法兰盘组件6大部分。机体间采用螺栓和销钉连接与定位，机

6、体与内齿圈Z间采用弹性套销的均载机构。为便于用户在使用时装配与拆卸，减速器主轴线与安装面设计有15。的倾角，法兰盘轴线町以向X、Y和Z方向摆动±6。，并选用专用球面轴承作为支承。轴承装入行星轮中，弹赞挡圈装在轴承外侧且轴向间隙0.2mm，减速器最大外形尺寸467mmx460mmx530mm,总质量（不含油）为290kgo2.传动系统设计该减速器采用3级减速方案：第一级为高速圆柱齿轮传动，其余两级为NGW型行星齿轮传动。其中，第二、三级分别冇3个和4个中空式行星伦，行星伦安装在单臂式行星架上,行星架浮动且采用滚动轴承作

7、为支承；第二级行星架与法兰盘之间采用鼓形齿双联齿轮联轴器连接，混凝土搅拌运输车减速器对齿面接触疲劳强度、齿根弯曲疲劳强度和齿面磨损等耍求I-分苛刻，因此合理地选择变位系数和进行修形计算十分重要。三、减速器优化设计的数学模型1.目标函数对于C型问题，目标函数是A=min{f（x）}=min{f（xl,x2,xn）}式中：A——减速器总中心距，即各级中心距之和；x——各设计变量（包括各级中心距、模数、螺旋角、齿数、齿宽和变位系数等）；n——设计变量的个数。对于P型问题，目标函数是P=max{f（x）}=max{f（xl,

8、x2,…，xn）}。式中：P减速器的许可承载功率；x同C型；n同C型。2.约束条件约束条件是判断目标函数中设计变量的取值是否可行的一些规定，因此减速器优化设计过程屮提出的每一个供选择的设计方案；都应当由满足全部约束条件的优化变量所构成。对于减速器来说，在列出优化设计的约朿条件时，应当从各个方面细致周全的予以考虑。例如,设计变量本身的取值规则，齿