汽车起重机起升传动装置的优化设计.pdf
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1、汽车起重机起升传动装置的优化设计 方世杰 (烟台大学 机械系, 山东 烟台264005) 摘要: 采用二次扩展内罚函数法, 对汽车起重机起升传动装置进行优化设计, 实现了使该装置体积减小, 成本降 低, 同时满足工作要求的目标。 关键词: 起重机; 齿轮机构; 优化设计 中图分类号: TH215文献标识码: A 文章编号: 1007 - 9483 (2001) 04 - 0011 - 02 The Optimal Design of the Gearing of the Crab Derrick FANG Shi- jie (Yantai University,Shandong Yantai
2、264005, China) Abstract: The optimal design of the gearing of the crab derrick is made by the means of the internal punished function,which ex- pands constraint condition in the second order. The method can reduce the size and the cost of the gearing. Key words: Crab Derrick;Gear Mechanism;Optimal D
3、esign 汽车起重机在许多生产领域中起着举足轻重的作用, 且应用广泛, 因而对其性能、 成本、 重量等问题的要求较高。 起升传动装置是汽车起重机的重要组成部分, 其传动装置 简图如图 1 所示。 a1为第一级中心轮; a2为第二级中心轮; b1为第一级内齿圈; b2为第二级内齿圈; c1为第一级行星轮; c2为第二级行星轮; H1为第一级行星架; H2为第二级行星架 图 1 起升传动装置简图 在此结构中, 高速油马达带动第一行星排的中心轮 a1 转动, 系杆 H1与第二排行星排的中心轮 a2连成一体, 内齿 圈 b 1与第二行星排的内齿圈 b2连成一体, 带动卷筒转动, 第二行星排 H2构件
4、固定。第一行星排属 2K - H 型差动机 构, 第二行星排属定轴轮系, 构成具有一个自由度的封闭传 动。 1优化设计的数学模型 本设计以行星排体积最小为目标函数 1 , 即 minf (x)= f (x 1 , x 2 , x 3 , x 4 , x 5)= b (ra- ha) 2 + nw (r ac- ha) 2 (1) 式中: 设计变量 x1 , x 2 , x 3 , x 4 , x 5分别为中心轮齿数 za; 齿 宽 b ;nw为行星轮个数;ra为中心轮齿顶圆半径, mm;rac 为行星轮齿顶圆半径, mm; ha为齿顶高, mm。 主要约束函 数如下。 (1) 接触强度条件 g
5、(x)=HSHmin/HP- 10 (2) (2) 弯曲强度条件 g(x)=FSFmin/FP- 10 (3) 式中: H,F分别为接触和弯曲应力, MPa;HP,FP分别 为接触和弯曲的许用应力, MPa;SHmin ,S Fmin分别为接触、 弯曲强度的最小安全系数。 (3) 相邻条件 g(x)= (z c+ 2h*a) / (za + z c) sin (/ nw) - 1 0 (4) 式中:zc为内齿圈的齿数;h*a 为齿顶高系数。 (4) 行星轮壁厚条件 g(x)= BH1min/ BH1- 10 (5) 式中:BH1min为允许的最小行星轮壁厚, mm;BH1 为行星 轮壁厚, m
6、m。 (5) 内齿圈外径限制 g(x)= dab/ dabmax- 10 (6) 式中:dabmax为内齿圈允许最大外径, mm。 (6) 卷筒名义直径限制 g(x)= Ked- ( z b + 80) 0 (7) 式中:Ked为卷筒的名义直径, mm;zb为行星轮的齿数。 (7) 不产生过渡曲线干涉的约束条件 外啮合 (滚刀加工) 不产生过渡曲线干涉的约束: g(x)= zcsin2tan- tan1+ za/ zc(tana- tan1 ) / 4 (h* a - xc) - 10 (8) g(x)= zasin2tan- tan1+ zc/ za(tana- tan1 ) / 4 (h*
7、 a - xa) - 10 (9) 行星轮用滚刀加工时, 内齿轮齿顶与行星轮齿根不发 生过渡曲线干涉的约束 g(x)= z ctan- zbtanbc+ ( z b- zc) tan2 sin2/ 4 (h* a - xc) - 10 (10) 收稿日期: 2001 - 04 - 09; 修订日期: 2001 - 05 - 14 作者简介: 方世杰 (1953 - ) , 男, 辽宁沈阳人, 烟台大学副教授, 主要从事机械设计及理论的教学与研究工作。 11 设计与研究 = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = =
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- 汽车起重机 传动 装置 优化 设计
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