电动工具用三速行星变速箱的优化设计及有限元分析

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hbzjl001
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传统机械设计方法几乎忽略了设计参数的随机性和模糊性,且对设计目标的优化性考虑不足。同时,随着计算机技术的发展,目前已广泛采用有限元法对齿轮传动强度进行分析计算,因为有限元法能很好地处理齿轮受载后啮合接触面力学和边界条件,从而可对齿轮传动系统作更为准确的应力变形分析。  本文运用模糊理论,以电动工具行星齿轮传动为研究对象,建立体积最小的模糊优化数学模型。应用大型商用3D建模软件UG及有限元软件ANSYS,对某一电动工具行星齿轮传动系统进行了精确建模及有限元分析。具体研究内容如下:  (1)行星齿轮传动系统的组成、工作原理及相关计算。  (2)采用基于拓扑的图形解析法对复杂行星齿轮系的基本单元进行划分,推导出基本运动单元的普遍角速度和转矩方程以及效率表达式,可方便、快速地求解复杂行星齿轮系的运动学参量及效率。  (3)以行星齿轮传动为研究对象,建立体积最小的模糊优化数学模型。通过具有实值编码技术的遗传算法,实现了具有混合设计变量的行星齿轮传动参数优化。  (4)采用UG实现电动工具行星传动系统3D实体的精确建模,并将其导入ANSYS软件,施加载荷并定义边界条件、约束及3D接触单元,进行有限元计算,进行结构性能分析、接触应力分析、应力应变分析,并验证了优化结果的可行性。  研究结果表明:行星传动系统达到优化设计的目标,且其零件的最大应力均未超过材料的许用应力,满足设计要求。在轮齿啮入与啮出时,齿顶与齿根处有较小的应力集中。
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