系统可靠性大作业.docxVIP

《系统可靠性》课程结业考核报告题目：《 装载机差速器的可靠性优化设计》 专业：机械工程 班级：机械工程131 姓名：肖磊 学号：3130109128 教师：唐冶老师 成绩：安徽工程大学机械与汽车工程学院2016/12/02装载机差速器的可靠性优化设计摘要 运用可靠性设计理论和最优化设计技术 ,提出了装载机差速器的可靠性优化设计方法 。建立了可靠性优化设计数学模型并给出了优化实例和结果分析 。关键词 差速器 可靠性 优化设计 数学模型0引言 差速器具有结构简单 、工作平稳 、性能可靠等优 点 ,在装载机上获得了广泛的应用 。图 1为装载机差速器简图 ， 它由半轴齿轮 1 、行星齿轮 2 、行星齿轮轴 3 及中央传动从动锥齿轮 4组成 。差速器设计的好坏直接影响着装载机的成本 、寿命与效益 。其常规设计和普通优化设计都是以安全系数为基础 ，且将设计中的应力 、强度等变量视为确定型变量 ，这一方面不符合实际运行情况 ， 经大量试验统计证明它们是符合某种统计规律的变量；另一方面安全系数大小的选取也有不确定性 ， 受设计人员经验的影响 。为了弥补上述缺陷 ，考虑影响差速器齿轮传动的种种因素的不确定性 ，将变量处理成随机变量 ， 运用可靠性设计理论最优化设计技术 ，对差速器齿轮传动进行可靠性优化设计 ，不失为一种新的选择 。 1.半轴齿轮 2 .行星齿轮 3 .行星齿轮轴 4 .中央传动从动锥齿轮 图 1 装载机差速器简图 1.差速器齿轮齿根弯曲强度的可靠度计算 由于差速器齿轮的啮合次数比传动系其它齿轮少得多 ， 很少因齿面点蚀而破坏 ，因此无需进行齿面接触强度可靠度计算 ， 而只需计算齿根弯曲强度的可靠度 。锥齿轮齿根弯曲强度条件为 σF = Ft K Y Fa Y (1)式中Ft ———作用在行星齿轮和半轴齿轮上的圆周力 Ft=2 T1/2C3 dm1 T1———差速器设计转矩 dm1———半轴齿轮平均分度圆直径，且 dm1 = d1(1 - 0. 5ΦR) =mz1(1 - 0. 5ΦR) m———锥齿轮端面模数 ΦR———齿宽系数，ΦR= b/ R R = m z 1 ( u + 1)1/ 2 / 2 K———载荷系数，K= KA KVKFαKFβ，其中，KA为使用系数，KV为动载系数，KFα为齿间载荷分配系数，取 KFα= 1，KFβ为齿向载荷分布系数 Y Fα———载荷作用在齿顶时锥齿轮的齿形系数 YSα———载荷作用在齿顶时锥齿轮应力校正系数 σFP———许用弯风应力 σFP= KFNσFLim/ SF (2) 这里，σFLim为锥齿轮齿根弯曲疲劳极限值，SF为齿根弯曲疲劳计算用安全系数，KFN为弯曲疲劳计算时的寿命系数。从理论上讲，式（1）、式（2）中的各参数，除齿数比u和行星轮个数 C可预先确定之外，其余均为随机变量，具有一定的分布规律。实际上由于锥齿轮的几何参数误差相对来说一般均很小，故可视为确定量。有些参数的分布情况尚难以考虑，也暂定为确定量[2]。这样随机变量σF和σFP的均值、标准差可用可靠性设计理论中的变异系数法[2]求得,其值分别为 σ = KAKVKFβFtYFαYSα (3)F = bm(1 - 0. 5ΦR)SσF =σFCσF (4)σFP = KFNσFLim/ SF (5) Sσ =σFPCσ (6) 其中，式(4)、式(6)中的 Cσ和 Cσ为变异系数，其值为 Cσ=( C Kv2 + C K 2 + C K 2 + C Kv C K ) 1/ 2 (7) Cσ=(CK2+Cσ2) (8)式(3)～式(8)中的σF、 Cσ、 KV、 CKV分别为相应参数的均值和变异系数，各变异系数取值参见文献[2]。假设齿根弯曲应力和强度均服从正态分布，则其可靠性联结方程为 Z F = (σFP - σF) / ( Sσ2 + Sσ 2 ) 1/ 2 (9)求出可靠度系数ZF后,便可根据ZF由标准正态分布表查得相应的 RF， RF= 1 -Φ(ZF)。2.差速器可靠性优化设计数学模型的建立对装载机差速器进行可靠性优化设计，是在满足锥齿轮强度和其他性能规格的前提下，使差速器体积最小、重量最轻。2. 1.目标函数和设计变量的确定 以差速器体积最小为设计准则。由于其体积取决和作为目标函数，即 V= CV1 +2 V2，于是目标函数可写成 minf(x) =min V=0.653 9x13x23×(1 - x3+ x32/3)x3u(1 + u)2.2约束条件的建立行星齿轮齿数条件10≤z1≤13 g1(x) = 10-x2≤0 g2(x) = x2- 13≤0 半轴齿轮齿数条件14≤z2≤25g3(x) = 14-ux2≤0 g4(x) = ux2-25≤0 模数条件3mm≤m≤8mm得g