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多头小速比变β角平面二次包络环面蜗杆传动参数优化

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第1章 绪 论

1.1 研究背景

1.2 研究现状与问题

1.3 研究目的与意义

1.4 拟开展的主要研究工作

第2章 包络法与运动学法相结合的变β角平副啮合基本方程推导

2.1 变β角平副数学模型

2.2 一次包络啮合理论方程

2.3 蜗杆齿面结构

2.4 一次包络啮合性能表达式

2.5 二次包络相关方程

2.6 本章小结

第3章 变β曲线类型对平副综合性能的影响分析

3.1 平副根切与变尖特性的量化评价公式

3.2 头数与速比对平副性能的影响

3.3β角对平副性能的影响及变β曲线类型分析

3.4 不同β角变化类型对平副性能的影响分析

3.5 本章小结

第4章 变β理论的应用范围分析

4.1 应用范围论证方案分析

4.2 中心距对齿面结构的影响分析

4.3 优化模型建立

4.4 优化方法选取

4.5 极限速比确定

4.6本章小结

第5章 基于改进粒子群算法的变β平副多目标参数优化

5.1 优化方案分析与模型建立

5.2 优化方法

5.3 多目标骨干粒子群算法的改进

5.4β曲线多目标优化设计

5.5本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢

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摘要

平面二次包络环面蜗杆副是轧钢、锻压、起重等领域的高端基础传动部件。随着机械行业对传动件效率、承载能力等要求的提高,适合高速重载传动的多头小速比蜗杆副应用愈发广泛。变β角平面二次包络环面蜗杆副可有效解决多头小速比传动条件下平面包络环面蜗杆防止齿面根切与避免边齿顶变尖相矛盾的问题,是具有良好应用前景的一种传动形式。本文以扩大平面二次包络环面蜗杆传动应用范围为目的,围绕变β角平面二次包络环面蜗杆传动优化设计的几个关键问题开展基础理论研究。主要完成以下工作:
  (1)基于矢量分析法得出包络过程相对速度和角速度,根据不同物理量反映的不同物理意义,综合运动学法和包络法,推导蜗杆双侧齿面方程和蜗轮单侧齿面方程,以及两次包络过程中的啮合方程、一界线函数、二界线函数、诱导法曲率和润滑角。
  (2)根据模型特点提出变尖率与根切率的定义与计算方法,分别分析头数、速比和β角对平副各性能指标的影响,找出不同蜗杆位置β角沿齿高和齿长方向的理想变动规律,证明变β理论可全面提高蜗杆副性能的可行性,提出适于综合性能提高的β角曲线变化形式。
  (3)提出变β理论应用范围论证的总体方案,建立不同头数下最小速比的智能搜索数学模型,分析中心距对齿面根切和边齿顶变尖的影响情况,找出最不利根切与变尖矛盾解决的中心距;采用智能搜索算法完成变β角平副不同中心距分段内不同头数对应的最小速比求解。
  (4)以提高微观啮合质量为目标,以齿顶厚度、最小根切量、蜗轮二次接触面积、β角变化范围、蜗杆刚度与强度等为约束条件,建立变β角平面二次包络环面蜗杆副多目标优化设计数学模型;依据约束及目标函数特点,提出基于网格密度的完全随机高斯采样多目标粒子群算法,通过多个模型测试算法的有效性;依据改进后的算法求解变β角平面二次包络环面蜗杆副多目标优化模型,所得蜗杆副的性能均优于现有设计方法的结果。

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