[发明专利]一种高功率密度2K‑H型行星轮系的优化设计方法

摘要

本发明涉及一种高功率密度2K‑H型行星轮系的优化设计方法，所述2K‑H型行星轮系包括1个太阳轮、n个行星轮和1个内齿轮。包括如下步骤根据已知量和设计变量、计算行星轮齿数、计算内齿轮齿数、计算太阳轮体积、计算行星轮体积、计算内齿轮体积、计算转化轮系中太阳轮与行星轮传动效率、计算转化轮系中行星轮与内齿轮传动效率、计算2K‑H型行星轮系体积、计算2K‑H型行星轮系传动效率、以2K‑H型行星轮系体积最小和2K‑H型行星轮系传动效率损失最小作为优化目标函数，优化迭代，完成高功率密度2K‑H型行星轮系的设计。本发明可以实现减小2K‑H型行星轮系体积、提高2K‑H型行星轮系传动效率。

主权项

一种高功率密度2K‑H型行星轮系的优化设计方法，所述2K‑H型行星轮系包括1个太阳轮、n个行星轮和1个内齿轮，太阳轮和内齿轮均与行星轮啮合，太阳轮和内齿轮之间不存在啮合关系，所述n大于等于3，其特征在于步骤如下：步骤1：已知输入功率p、输入转速n1、2K‑H型行星轮系传动比i、行星轮个数n、分度圆压力角α、齿顶高系数h*a、顶隙系数c*、摩擦系数f；选择太阳轮材料、行星轮材料、内齿轮材料；步骤2：以太阳轮齿数z1、模数m、齿宽b、太阳轮内孔直径dt、行星轮内孔直径dx为设计变量；所述太阳轮齿数的初始值为z10，变化范围为z1min<z1<z1max，其中，z1min和z1max为太阳轮齿数的最小值和最大值；所述模数的初始值为m0，变化范围为mmin<m<mmax，其中，mmin和mmax为模数的最小值和最大值；所述齿宽的初始值为b0，变化范围为bmin<b<bmax，其中，bmin和bmax为齿宽的最小值和最大值；所述太阳轮内孔直径的初始值为dt0，变化范围为dtmin<dt<dtmax，其中，dtmin和dtmax为太阳轮内孔直径的最小值和最大值；所述行星轮内孔直径的初始值为dx0，变化范围为dxmin<dx<dxmax，其中，dxmin和dxmax为行星轮内孔直径的最小值和最大值；所述设计变量的初始值、最小值和最大值均满足齿轮传动的接触强度和弯曲强度要求；步骤3：使用步骤1中的2K‑H型行星轮系传动比 i和步骤2中的太阳轮齿数z1，通过行星轮系配齿公式，计算得到行星轮齿数z2和内齿轮齿数z3；步骤4：使用步骤2中的设计变量，通过外齿轮体积计算公式，计算得到太阳轮体积V1；所述设计变量，包括：太阳轮齿数z1、模数m、齿宽b、太阳轮内孔直径dt；步骤5：使用步骤2中的设计变量和步骤3中计算的行星轮齿数z2，通过外齿轮体积计算公式，计算得到行星轮体积V2；所述设计变量，包括：模数m、齿宽b、行星轮内孔直径dx；步骤6：使用步骤1中的齿顶高系数h*a、步骤2中的设计变量和步骤3中计算的内齿轮齿数Z3，通过内齿轮体积计算公式，计算得到内齿轮体积V3；所述设计变量，包括：模数m、齿宽b；步骤7：使用步骤1中的已知量、步骤2中的太阳轮齿数z1和步骤3中计算的行星轮齿数z2，通过外啮合齿轮副传动效率计算公式，计算得到转化轮系中太阳轮与行星轮传动效率η12；所述已知量，包括：分度圆压力角α、齿顶高系数h*a、摩擦系数f；步骤8：使用步骤1中的已知量、步骤3中计算的行星轮齿数z2和内齿轮齿数z3，通过内啮合齿轮副传动效率计算公式，计算得到转化轮系中行星轮与内齿轮传动效率η23；所述已知量，包括：分度圆压力角α、齿顶高系数h*a、摩擦系数f；步骤9：使用步骤1中的行星轮个数n、步骤4中计算的太阳轮体积V1、步骤5中计算的行星轮体积V2和步骤6中计算的内齿轮体积V3，通过2K‑H型行星轮系体积计算公式，计算得到2K‑H型行星轮系体积Vs；步骤10：使用步骤1中的已知量、步骤7中计算的太阳轮与行星轮的传动效率η12和步骤8中计算的行星轮与内齿轮的传动效率η23，通过2K‑H型行星轮系传动效率计算公式，计算得到2K‑H型行星轮系传动效率ηz；所述已知量，包括：2K‑H型行星轮系传动比i、行星轮个数n；步骤11：以2K‑H型行星轮系体积最小和2K‑H型行星轮系传动效率损失最小作为优化目标函数，使用步骤9和步骤10中计算的2K‑H型行星轮系体积Vs和2K‑H型行星轮系传动效率ηz，如果达到收敛条件，则完成高功率密度2K‑H型行星轮系的设计；如果没有达到收敛条件，采用Matlab软件中的遗传算法工具箱优化迭代，重复执行上述步骤中的步骤2、步骤3、步骤4、步骤5、步骤6、步骤7、步骤8、步骤9、步骤10，直至达到收敛条件，迭代终止。