一种大型减速器组合式箱体结构的静刚度匹配设计方法技术

本发明专利技术涉及减速器箱体结构刚度匹配设计技术领域，特别是涉及一种大型减速器组合式箱体结构的静刚度匹配设计方法，包括以下步骤：建立传动系统模型和初始结构模型并获取载荷数据；进行静力学分析；获得初选设计变量、设计响应；构建设计变量；构建组合式箱体的静刚度匹配目标；构建目标函数；设置约束条件；构建响应面代理模型；构成组合式箱体的静刚度匹配优化模型；获取最优设计变量，得到箱体最优结构模型；对箱体最优结构模型进行静力学分析，与校正后的箱体二维单元有限元模型的静力学分析结果对比分析，确认优化效果。本发明专利技术可以达到保证传动系统的准确传动，提高传动系统效率和工作寿命，使减速器组合式箱体稳定工作的目的。的。的。

【技术实现步骤摘要】
一种大型减速器组合式箱体结构的静刚度匹配设计方法


[0001]本专利技术涉及减速器箱体结构刚度匹配设计
，特别是涉及一种大型减速器组合式箱体结构的静刚度匹配设计方法。

技术介绍

[0002]减速器箱体作为传动系统的支撑结构，其性能的好坏对减速器性能和寿命有着重要影响。舰船等大型装备的减速器箱体结构多采用由不同箱体结构组合而成的组合式箱体。减速器运行过程中齿轮传动系统产生的载荷，经过齿轮轴传递至箱体轴承座处，使得箱体产生形变。减速器箱体的刚度不足会使得其容易产生变形，对齿轮传动系统运行造成不利影响，从而导致整个传动系统的传动精度下降，引起齿轮的振动、冲击和疲劳失效，降低减速器的工作性能。对于组合式箱体结构，不同的箱体组成结构需承载不同传动级独立或合成的工作载荷。组合式箱体各部分的刚度匹配度不足时，在传动系统的工作载荷作用下组合式箱体各部分结构变形不协调，会引起传动系统更剧烈的振动、冲击等，严重影响减速器等结构的正常工作，甚至发生失效等。此外，随着装备轻量化设计的发展趋势，减速器箱体的轻量化设计也对其刚度设计提出了更高的要求。因此，开展组合式箱体结构的刚度匹配设计对保证传动系统高性能、高可靠工作具有重要工程意义。
[0003]减速器箱体属于结构特征比较复杂的机械零部件，设计工作也相对显得复杂和困难。对于新型减速器箱体的开发设计，往往都是在已有设计的基础上进行经验类比设计，可大大减轻设计人员繁琐的设计劳动量，但存在设计裕度大、材料利用率低、设计目标模糊等问题。对于大型装备传动系统的组合式箱体结构，采用经验类比设计往往会采用更大的设计裕度，箱体各部分的刚度、强度的设计目标更加模糊，难以实现综合性能要求下的轻量化设计。可见，开展轻量化设计需求下的大型组合减速器箱体的静刚度匹配设计是十分必要的。因此，针对大型减速器组合式箱体结构设计过程中静刚度匹配设计目标模糊、难以充分利用材料等问题，提出组合式箱体静刚度匹配设计目标构建和设计方法，为我国大型装用减速器箱体设计提供指导性设计方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种大型减速器组合式箱体结构的静刚度匹配设计方法，以解决上述问题，达到保证传动系统的准确传动，提高传动系统效率和工作寿命，使减速器箱体在使用中稳定工作的目的。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种大型减速器组合式箱体结构的静刚度匹配设计方法，包括以下步骤：
[0006]一种大型减速器组合式箱体结构的静刚度匹配设计方法，包括以下步骤：
[0007]S1、建立传动系统模型，基于所述传动系统模型建立组合式箱体的初始结构模型，基于所述组合式箱体的初始结构模型建立箱体二维单元有限元模型并校正，获取所述传动系统模型的载荷数据，并建立坐标系；
[0008]S2、基于所述载荷数据及校正后的所述箱体二维单元有限元模型，进行静力学分析，获得校正后的所述箱体二维单元有限元模型的各轴承座中心点处的各个方向上的静位移；
[0009]S3、基于校正后的所述箱体二维单元有限元模型得到初选设计变量、设计响应；
[0010]S4、基于所述初选设计变量，构建组合式箱体静刚度匹配优化的设计变量；
[0011]S5、基于校正后的所述箱体二维单元有限元模型的各轴承座中心点处的各个方向上的静位移和所述组合式箱体的初始结构模型，构建组合式箱体的静刚度匹配目标；
[0012]S6、基于所述组合式箱体的静刚度匹配目标和所述设计响应构建目标函数；
[0013]S7、设置约束条件；基于所述组合式箱体静刚度匹配优化的设计变量和所述设计响应构建响应面代理模型；
[0014]S8、基于所述目标函数、所述组合式箱体静刚度匹配优化的设计变量、所述约束条件和所述响应面代理模型，构成组合式箱体的静刚度匹配优化模型；
[0015]S9、基于所述组合式箱体的静刚度匹配优化模型，采用多目标遗传算法获取最优设计变量，基于所述最优设计变量得到箱体最优结构模型；
[0016]S10、对所述箱体最优结构模型进行静力学分析，与校正后的所述箱体二维单元有限元模型的静力学分析结果对比分析，确认优化效果。
[0017]优选的，所述S1中，所述载荷数据的获取方法包括如下步骤：
[0018]S101、将工况数据施加在所述传动系统模型中；
[0019]S102、对所述传动系统模型进行静力学分析，基于所述坐标系得到所述工况数据下传动系统作用在各轴承中心位置处X、Y、Z三方向的分力；
[0020]S103、基于所述箱体二维单元有限元模型，进行模态、固有频率求解，与所述组合式箱体的初始结构模型的模态、固有频率进行对比，校正所述箱体二维单元有限元模型，得到校正后的所述箱体二维单元有限元模型。
[0021]优选的，所述S2中，校正后的所述箱体二维单元有限元模型的各轴承座中心点处的各个方向上的静位移的获取方法包括如下步骤：
[0022]S201、将所述工况数据下传动系统作用在各轴承中心位置处X、Y、Z三方向的分力分别施加在校正后的所述箱体二维单元有限元模型的对应位置的轴承座中心处后，基于校正后的所述箱体二维单元有限元模型的静力学分析获得校正后的所述箱体二维单元有限元模型的各轴承座中心点处的各个方向上的静位移值。
[0023]优选的，所述S3中，所述初选设计变量、设计响应的构建包括如下步骤：
[0024]S301、基于校正后的所述箱体二维单元有限元模型，选取该模型的各部分厚度变量为初选设计变量；
[0025]S302、基于校正后的所述箱体二维单元有限元模型，选取校正后的所述箱体二维单元有限元模型的各轴承座中心点处的各个方向上的静位移值、箱体质量为设计响应。
[0026]优选的，所述S4中，所述设计变量的构建包括如下步骤：
[0027]S401、基于所述初选设计变量、设计响应，以及校正后的所述箱体二维单元有限元模型，开展所述设计响应对所述初选设计变量的灵敏度分析，获取各个所述设计响应对所述初选设计变量的灵敏度值；
[0028]S402、分别进行各个所述设计响应对所述初选设计变量的灵敏度值排序，选取排
序后的各个所述设计响应对所述初选设计变量的前五个灵敏度值，对这些灵敏度值对应的所述初选设计变量取合集，构成所述组合式箱体静刚度匹配优化的设计变量。
[0029]优选的，所述S5中，所述组合式箱体的静刚度匹配目标构建应包括如下步骤：
[0030]S501、基于校正后的所述箱体二维单元有限元模型，设定笛卡尔坐标系，构建传动系统输入轴各轴承座的中心点连线的在X方向上的折线构建传动系统输入轴各轴承座的中心点连线的在Z方向上的折线构建传动系统中间轴和输出轴上各轴承座的中心点连线的在X方向上的折线构建传动系统中中间轴和输出轴上各轴承座的中心点连线的在Z方向上的折线
[0031]S502、基于所述组合式箱体的初始结构模型，获得传动系统名义设计状态时的输入轴、中间轴和输出轴之间的在X方向和Z方向上的名义距离本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大型减速器组合式箱体结构的静刚度匹配设计方法，包括以下步骤：S1、建立传动系统模型，基于所述传动系统模型建立组合式箱体的初始结构模型，基于所述组合式箱体的初始结构模型建立箱体二维单元有限元模型并校正，获取所述传动系统模型的载荷数据，并建立坐标系；S2、基于所述载荷数据及校正后的所述箱体二维单元有限元模型，进行静力学分析，获得校正后的所述箱体二维单元有限元模型的各轴承座中心点处的各个方向上的静位移；S3、基于校正后的所述箱体二维单元有限元模型得到初选设计变量、设计响应；S4、基于所述初选设计变量，构建组合式箱体静刚度匹配优化的设计变量；S5、基于校正后的所述箱体二维单元有限元模型的各轴承座中心点处的各个方向上的静位移和所述组合式箱体的初始结构模型，构建组合式箱体的静刚度匹配目标；S6、基于所述组合式箱体的静刚度匹配目标和所述设计响应构建目标函数；S7、设置约束条件；基于所述组合式箱体静刚度匹配优化的设计变量和所述设计响应构建响应面代理模型；S8、基于所述目标函数、所述组合式箱体静刚度匹配优化的设计变量、所述约束条件和所述响应面代理模型，构成组合式箱体的静刚度匹配优化模型；S9、基于所述组合式箱体的静刚度匹配优化模型，采用多目标遗传算法获取最优设计变量，基于所述最优设计变量得到箱体最优结构模型；S10、对所述箱体最优结构模型进行静力学分析，与校正后的所述箱体二维单元有限元模型的静力学分析结果对比分析，确认优化效果。2.根据权利要求1所述一种大型减速器组合式箱体结构的静刚度匹配设计方法，其特征在于：所述S1中，所述载荷数据的获取方法包括如下步骤：S101、将工况数据施加在所述传动系统模型中；S102、对所述传动系统模型进行静力学分析，基于所述坐标系得到所述工况数据下传动系统作用在各轴承中心位置处X、Y、Z三方向的分力；S103、基于所述箱体二维单元有限元模型，进行模态、固有频率求解，与所述组合式箱体的初始结构模型的模态、固有频率进行对比，校正所述箱体二维单元有限元模型，得到校正后的所述箱体二维单元有限元模型。3.根据权利要求2所述一种大型减速器组合式箱体结构的静刚度匹配设计方法，其特征在于：所述S2中，校正后的所述箱体二维单元有限元模型的各轴承座中心点处的各个方向上的静位移的获取方法包括如下步骤：S201、将所述工况数据下传动系统作用在各轴承中心位置处X、Y、Z三方向的分力分别施加在校正后的所述箱体二维单元有限元模型的对应位置的轴承座中心处后，基于校正后的所述箱体二维单元有限元模型的静力学分析获得校正后的所述箱体二维单元有限元模型的各轴承座中心点处的各个方向上的静位移值。4.根据权利要求3所述一种大型减速器组合式箱体结构的静刚度匹配设计方法，其特征在于：所述S3中，所述初选设计变量、设计响应的构建包括如下步骤：S301、基于校正后的所述箱体二维单元有限元模型，选取该模型的各部分厚度变量为初选设计变量；S302、基于校正后的所述箱体二维单元有限元模型，选取校正后的所述箱体二维单元
有限元模型的各轴承座中心点处的各个方向上的静位移值、箱体质量为设计响应。5.根据权利要求1所述一种大型减速器组合式箱体结构的静刚度匹配设计方法，其特征在于：所述S4中，所述设计变量的构建包括如下步骤：S401、基于所述初选设计变量、设计响应，以及校正后的所述箱体二维单元有限元模型，开展所述设计响应对所述初选设计变量的灵敏度分析，获取各个所述设计响应对所述初选设计变量的灵敏度值；S402、分别进行各个所述设计响应对所...

【专利技术属性】
技术研发人员：张东东，都康，赵礼辉，姚稀杰，栾圣罡，纪宏志，尹逊民，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第七〇三研究所，
类型：发明
国别省市：