行星齿轮减速机轴孔过盈配合分析及精密装配工艺研究文献综述
2020-04-15 03:04
| 1.1目的及意义 行星齿轮传动是一种至少有一个齿轮的几何轴线绕公共几何轴线作公转运动的齿轮传动装置。这种传动装置的优点是：结构紧凑，体积小，重量轻，传动比范围大，传动效率高，运转平稳，噪声小，可进行运动的合成和分解等。因而，其广泛应用于冶金、矿山、起重运输、轻纺、化工、航空、船舶等部门的设备上。行星减速器的原理是一种动力传达机构，利用齿轮的速度转换器，将马达的回转数减速到所要的回转数，并得到较大的转矩的机构。 过盈配合是零件之间进行装配后，由于材料受力后产生弹性变形，导致零件之间存在压紧力，从而产生摩擦力来提供驱动力，包括转矩和轴向力。与键连接相比，过盈配合消除了加工键与键槽的操作，节约了成本，提高了加工的经济效益，减少了流程，间接降低了其他环节的成本。 轴孔过盈配合在机械行业中得到了广泛的应用，配合过程中过盈量的大小决定了传递力矩和轴向力的大小，但由于其配合接触面上的应力分布比较复杂，在边缘处较易出现应力集中，从而导致疲劳破坏以致零件失效，这一问题一直备受人们关注。举个实例，上海的一所公司在破碎设备上使用的KPBV150二级行星齿轮减速器运行两年后发生断裂，同时还引起太阳轮、行星架、箱体等其他零件的变形甚至断裂，从而导致齿轮箱整体失效。经研究人员观察分析，失效的齿轮是从内孔处开始断裂，然后对表面进行探伤，发现齿轮断裂的失效模式为高强度疲劳断裂，这就是因为行星齿轮减速器轴孔过盈配合产生了材料缺陷以及相对滑动，在行星轮内孔表面产生微裂纹，并在外载荷作用下扩展到行星齿轮齿根部位，导致行星轮体开裂。因此，行星齿轮减速机轴孔过盈配合十分必要。 1.2国内外研究现状分析 目前我国对于精密行星齿轮减速器的研发能力还存在很大的不足，国内市场上的精密行星减速器主要为摆线针轮减速器和谐波减速器，国内有几十家能够独立生产的企业，其中做的比较好的有湖北科峰、山东纽斯达特等公司。目前大功率精密行星减速器主要应用在军工产品中，民用产品中使用较少且成本很高。国内对于精密行星齿轮减速器领域内还有很大的发展前景。 从全球市场出发，在工业发展的带动下，行星减速器行业保持着稳定的增长。国外高精度的行星减速器多以NGW类型为主，一些工业发达、制造业水平较高的国家，就像德国、美国、日本等都十分重视精密减速器的设计研发、生产及应用。他们生产的精密行星齿轮减速器在传动精度、稳定性和效率方面都处于世界领先水平，比如:美国的Alan-Newton公司生产的X-Y类型减速器、日本住友重工集团所研发的FA类型精密行星减速器。
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2. 研究的基本内容与方案
{title}2.1基本内容
1. 查阅国内外关于行星齿轮减速机相关论文文献，了解行星齿轮减速机轴孔组成机构、工作原理和应用方向。
2. 翻译不少于20，000英文（5000汉字）印刷符的与选题相关的外文资料，附外文原文；
3. 在实习、检索、阅读的基础上提交开题报告1份；
4. 了解行星齿轮减速机太阳轮、行星轮、齿圈、轴承和行星轴等等主要组成部件，能根据特定应用场合合理选择相应零部件的型号和配置方案。
5. 建立减速机三维模型，利用ABAQUS软件，建立轴孔配合动力学模型，分析过盈配合参数对其精确度的影响，完成有限元计算和动力学分析模拟。
6. 撰写毕业设计报告书一份，其页数不少于50页，附中英文摘要。论文中涉及参考文献不低于25篇，其中至少10篇为外文文献；
2.2技术方案
1. 过盈配合面计算的理论基础（弹塑性过盈配合的材料力学解）
（1） 过盈配合接触面所需的最小接触力
（2） 传递载荷所需要的最小过盈量
（3） 不损坏零件表面的情况下，过盈配合表面的最大压强
（4） 拆卸压力
2. 有限元分析模型的建立
（1） 查找实际结构，收集参数并建立几何模型
（2） 有限元网格的划分
（3） 材料属性定义及摩擦系数的选取
（4） 接触定义
（5） 边界条件和载荷的设定
（6） 定义分析类型及求解
3. 精密装配的影响因素及参数优化
（1） 过盈量的影响
通过仅改变过盈量的大小，而不改变其他条件的方法进行有限元分析来寻找过盈量和局部应力集中的关系。利用分析结果，对过盈量进行优化。
（2） 表面粗糙度的影响
摩擦系数对装配过程有影响，同时也影响在运行过程中接触面是否发生相对滑动。通过软件改变摩擦系数的设定值，不改变其他条件进行有限元分析来寻找摩擦系数对接触面应力的影响，并进行参数优化。
4. 精密装配工艺研究
（1） 筛选法
（2） 过盈配合件电磁局部加热法
（3） 定向装配法
（4） 使用专用工装、工具
（5） 使用高水平专用装配流水线
2.3 软件选用
有限元分析过程我选择ABAQUS软件。ANSYS软件注重应用领域的拓展，目前已覆盖流体、电磁场和多物理场耦合等十分广泛的研究领域。ABAQUS则集中于结构力学和相关领域研究，致力于解决该领域的深层次实际问题。对于常规的线性问题，两种软件都可以较好的解决，在模型规模限制、计算流程、计算时间等方面都较为接近。我这次的课题是研究行星减速器轴孔过盈配合分析，侧重于接触分析，属于非线性分析，而ABAQUS软件在求解非线性问题时具有非常明显的优势，其非线性涵盖材料非线性、几何非线性和状态非线性等多个方面。ABAQUS软件的求解器是智能化的求解器，可以解决其它软件不收敛的非线性问题，其它软件也收敛的非线性问题，ABAQUS软件的计算收敛速度较快，并更加容易操作和使用。这也是我选择ABAQUS的主要原因。
3. 参考文献
| [1]范小秦, 孙丽萍, 王玉艳等. 轴孔过盈配合的解析解[J]. 机械, 2011,38(9):26-30. [2]王志平. 行星减速器可靠性及优化设计思路分析[J]. 中国高新区. 2018(08) [3]周雅湘. 行星齿轮减速器的设计与运动学分析[J].科技创新与生产力. 2017(06) [4]李珊珊,韩丽俊,梁义维. 基于ANSYS的斜齿轮接触应力有限元分析[J]. 机械工程与自动化. 2009(04) [5]符双学,田巍,李长云. 基于有限元法的齿轮强度接触分析[J]. 长沙航空职业技术学院学报. 2009(02) [6]徐兴振,陈再良. 汽车轮毂轴承可靠性分析[J]. 汽车维修. 2014(12) [7]魏延刚. 轴毂过盈联接的应力分析和接触边缘效应[J]. 机械设计，2004，1（1）：36-39. [8]饶振刚.行星齿轮传动设计[M ].北京:化学工业出版社, 2003:278-292. [9]葛正浩,杨芙莲.Pro/E 机构设计与运动仿真[M ].北京:化学工业出版社,2007. [10]许定奇. 过盈联接的设计、计算与安装[M]. 北京：中国计量出版社，1992. [11]曹燎原. ANSYS 在过盈配合联接中的应用[J]. 现代制造工程，2005. [12]Modalproperties of three-dimensional helical planetary gears[J] . Tugan Eritenel,RobertG. Parker. Journal of Sound andVibration . 2009 (1) [13]Analyticalsolution for the nonlinear dynamics of planetary gears. Bahk,Cheon-Jae,Parker, Robert G. Journal of Computational and Nonlinear Dynamics .2011 [14]Probabilisticmodel on stochastic fatigue damage[J] . Hongwei Shen,Jizhong Lin,EnshengMu. International Journal of Fatigue .2000 (7) [15]In-processmonitoring and control of thickness error in machining hollow shafts[J] . A.Shawky,T. Rosenberger,M. Elbestawi. Mechatronics . 1998 (4)
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