土壓平衡盾構行星減速器優(yōu)化設計及仿真分析
本文關鍵詞:土壓平衡盾構行星減速器優(yōu)化設計及仿真分析,由筆耕文化傳播整理發(fā)布。
【摘要】:本課題來源于國家“863”高技術研究發(fā)展計劃資助項目“土壓平衡盾構大功率減速器”(項目編號:2007AA041802)子課題。目的在于對土壓平衡盾構用大功率三級串聯(lián)式行星齒輪減速器進行優(yōu)化設計及仿真分析。刀盤主減速器作為土壓平衡盾構機的關鍵主傳動部件,采用三級行星齒輪傳動,承擔著放大扭矩以滿足高負荷作業(yè)的艱巨任務。其工作條件復雜、傳遞的功率密度高、要求的溫升小、效率高、振動噪聲小、可靠性高。因此,開展盾構機主減速器的結構優(yōu)化設計與仿真分析,有助于提高盾構減速器的性能,從而進一步加快盾構減速器的國產化進程。 本文針對盾構主減速器NGW型行星齒輪系統(tǒng)為研究對象,主要研究工作及相關成果如下: ①通過對齒數和模數的處理,,將無序的離散值轉變?yōu)檫B續(xù)的整型數。提出了一種改進的實值編碼方式,建立滿足配齒、變位系數、干涉和強度等約束條件,以體積最小為目標函數的優(yōu)化模型。合理選擇遺傳算法控制參數,編寫了Matlab程序對所建的模型進行求解。研究結果表明,該改進算法全局尋優(yōu)能力強,多次啟動均能收斂于統(tǒng)一最優(yōu)解。在滿足各約束條件的情況下,優(yōu)化后體積減小了21.056%。 ②基于有限元技術建立行星架參數化模型,對設計變量進行相關分析剔除非敏感性參數,綜合考慮行星架的靜動態(tài)特性,建立以體積最小和轉動慣量最小的多目標優(yōu)化模型。使用內切中心復合設計對優(yōu)化模型進行實驗設計,擬合得到高精度響應面;赟hifted Hammersley采樣技術采樣響應面獲得了滿足約束條件的3個Pareto最優(yōu)解。實現了行星架的體積最小、轉動慣量最小的設計要求。 ③詳細分析了齒輪的幾何構成,使用APDL(ANSYS Parametric DesignLanguage)建立了行星輪系整體參數化模型。選取合適的接觸剛度對所建模型進行求解,得出了行星輪系當太陽輪和其中一個行星輪在節(jié)點處相嚙合的時刻的應力分布狀況。此時最大接觸應力為744.79MPa,小于許用接觸強度,滿足設計要求。研究表明行星輪系的應力情況復雜,同一時刻既有單齒嚙合又有雙齒嚙合,各嚙合區(qū)域應力分布差別較大。
【關鍵詞】:盾構 遺傳算法 行星架 多目標優(yōu)化 有限元分析
【學位授予單位】:重慶大學
【學位級別】:碩士
【學位授予年份】:2013
【分類號】:TH132.46
【目錄】:
- 摘要3-4
- ABSTRACT4-9
- 1 緒論9-15
- 1.1 課題研究背景和意義9-10
- 1.2 國內外研究現狀10-12
- 1.2.1 盾構機國內外發(fā)展現狀10-11
- 1.2.2 行星輪系優(yōu)化設計發(fā)展概述11-12
- 1.3 研究目的及內容12-15
- 1.3.1 研究目的12-13
- 1.3.2 研究內容13-15
- 2 基于遺傳算法的行星輪系混合離散變量優(yōu)化15-31
- 2.1 引言15-16
- 2.2 輪系數學模型的建立16-22
- 2.2.1 確定設計變量,建立目標函數16-17
- 2.2.2 確定約束條件17-22
- 2.3 遺傳操作及優(yōu)化過程22-28
- 2.3.1 簡易遺傳算法基本流程22-23
- 2.3.2 遺傳算法基本原理與方法23-26
- 2.3.3 約束條件的處理26
- 2.3.4 混合離散變量的編碼26-27
- 2.3.5 多種群技術27-28
- 2.4 優(yōu)化設計計算與分析28-30
- 2.5 小結30-31
- 3 行星架多目標優(yōu)化模型的建立31-39
- 3.1 引言31
- 3.2 建立參數化模型,確定設計變量31-32
- 3.3 確定約束條件,建立目標函數32-34
- 3.3.1 約束條件的確立32-34
- 3.3.2 目標函數的確立34
- 3.4 行星架有限元分析34-36
- 3.4.1 行星架模型的建立與網格劃分34-35
- 3.4.2 載荷和邊界條件的確立35
- 3.4.3 求解與分析35-36
- 3.5 行星架設計變量的相關分析36-38
- 3.6 小結38-39
- 4 行星架多目標優(yōu)化響應面法求解與分析39-51
- 4.1 引言39
- 4.2 響應面法概述39-43
- 4.2.1 實驗設計39-40
- 4.2.2 響應面模型的選取40-42
- 4.2.3 模型擬合方法42
- 4.2.4 響應面擬合度評價42-43
- 4.3 行星架多目標優(yōu)化響應面的建立43-48
- 4.3.1 行星架優(yōu)化響應面法的實驗設計43-44
- 4.3.2 擬合響應面44-48
- 4.4 優(yōu)化結果的分析與處理48-50
- 4.4.1 Shifted Hammersley 采樣48
- 4.4.2 決策函數48-49
- 4.4.3 優(yōu)化結果的分析49-50
- 4.5 小結50-51
- 5 行星輪系三維接觸仿真分析51-62
- 5.1 引言51
- 5.2 接觸算法簡介51-52
- 5.3 行星輪系的參數化建模52-58
- 5.3.1 反漸開線函數的求取52-53
- 5.3.2 漸開線齒廓的建立53-54
- 5.3.3 過渡曲線的建立54-55
- 5.3.4 行星輪系的有限元模型的建立55-58
- 5.4 行星輪系應力分析58-61
- 5.4.1 載荷與邊界條件的處理58-59
- 5.4.2 接觸剛度的選取59
- 5.4.3 接觸壓力與應力分布59-61
- 5.5 小結61-62
- 6 總結與展望62-64
- 6.1 全文總結62
- 6.2 研究展望62-64
- 致謝64-65
- 參考文獻65-68
- 附錄68
- A. 作者在攻讀學位期間發(fā)表的論文目錄68
- B. 作者在攻讀學位期間參與的科研項目68
【參考文獻】
中國期刊全文數據庫 前10條
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本文關鍵詞:土壓平衡盾構行星減速器優(yōu)化設計及仿真分析,由筆耕文化傳播整理發(fā)布。
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