新型双梁铸造起重机主减速器的优化设计研究

强 俊

银川科安特起重机制造有限公司 宁夏 银川 750001

正文：

现如今，虽然我国很多专家学者及设备生产厂商都纷纷加强了对起重机设备的研究，不过研究方向往往都偏向于吊臂、主梁以及整体结构的优化设计，而起重机结构庞大、成本高昂以及运行时能源消耗多等问题却仍然难以改变。

1 优化设计问题的提出

在工矿企业、运输企业以及建筑企业，在实际运营的时候，是离不开圆柱齿轮减速器的应用的，其应用范围非常广泛，所以，圆柱齿轮减速器的优化设计也是非常重要的。高等职业院校在开展机械课程教学时，也会将圆柱齿轮减速器作为一个主要的课程题目。目前，很多机械制造单位在对圆柱齿轮减速器进行设计的时候，还仍然采用着传统的设计方法，设计人员在设计过程中，会根据自身设计经验，并参阅相关文献资料、数据信息，并对现有的齿轮减速器进行比对，设计出一个最初的设计方案，之后在对这一设计方案进行验算，如果验算能够通过，那么这一设计方案就可以被实施。在这样的情况下，虽然我们可以确定该方案是合理、可行的，但是在实际设计中，会造成大量的人力、物力资源消耗，且会消耗大量的时间，所以，传统的设计方式并不是特别完善的。在未来的机械设备设计制造中，如果仍然采用着这样传统的设计方法，那么将会很大程度的限制我国机械制造行业的发展，进而影响我国整体经济发展水平。因此，对传统设计方法进行改革，引进新型的优化设计方法，也就变得愈发重要。通常情况下，硬件的升级都会涉及到材料、工艺以及价格等问题。在圆柱齿轮减速器制造中，不仅需要选择优质的齿轮材料，还需要对中硬齿面进行充分的打磨，在实际打磨过程中，还应当选择硬度较高的加工刀具，同时，加工完成后还需要进行淬火处理，这就大大增加了圆柱齿轮减速器的制造成本。为了使减速器的性能得到进一步提高，在减速器优化设计中，应采用软件升级优化设计方式，来对减速器啮合参数进行优化分析，确保每一个参数都能够符合减速器的承载能力要求。在设计中，应尽可能的实现软件、硬件共同升级，这样减速器的性能能够得到更好的提升。

2 新型双梁铸造起重机主减速器的优化设计

2.1 减速器箱体的静力优化设计

首先是齿轮箱静力有限元模型的优化设计。在设计中，应采用建模软件来进行三维建模，建立出齿轮箱箱体的三维模型，然后再将其传输到ANSYS软件中，并采用四面体实体单元来对齿轮箱箱体进行有限元网格划分。在对减速器箱体进行约束时，应在箱体底座上螺栓孔部位施加零位移约束，从而使减速器箱体的荷载作用得到充分发挥。其次是优化结果的分析与评价。先根据减速器箱体的实际情况，来编制一道语言命令求解程序，然后在采用合理的优化计算法，来对起重机减速器箱体进行优化求解，从而实现减速器箱体轻量化以及尺寸参数的优化，合理采用优化计算法来进行减速器箱体的优化设计，虽然能够使减速器箱体的重量得到有效减轻，但是可能会给减速器的振动模式带来一定的影响，从而导致减速器在实际运行中，产生共振问题，严重影响减速器的正常运行。所以，为了防止减速器在实际运行过程中出现共振问题，在减速器箱体设计中，应加强对箱体模态的分析，实现减速器箱体的静力优化设计，从而降低减速器箱体共振问题发生概率。

2.2 参数优化的方法

标准减速器存在承载能力较低、使用寿命较短等问题，为此，我们就针对这些问题来进行参数设计的优化。通常来说，减速器的优化设计应从以下几个方面入手：减速器体积优化、减速器重量优化以及减速器的承载能力优化。设计人员在对起重机减速器进行优化设计的时候，应充分考虑减速器体积及重量，确保减速器体积设置及重量设置的合理性，尽可能的缩小减速器体积、降低减速器重量，同时，还不能给减速器的整体性能产生影响，确保各参数的相协调。此外，在实际设计中，还应当加强对减速器承载能力的考虑，在不影响减速器体积、重量及使用性能的前提下，尽可能的提高减速器承载能力，实现减速器体积、重量与承载能力的相协调，进一步实现起重机减速器的整体优化。

2.3 现代优化方法

复合型法是约束优化问题的一种重要解决方法。其主要思路就是在可行域中构造出一个具有顶点的初始复合形。然后在对这一复合形内的顶点目标函数进行对比，从而找出目标函数值中的最大顶点，即最坏点，然后再采用合理的优化方式，求出可行的新点，让其代替原有的最坏点，从而形成一个新的复合形，复合型的形状每变化一次，就会向最优化的方向更近一步。同时，还可以采用旋转方法来对复合形的形状进行改变，不过需要特别注意的是，改变复合形形状的方式越多，设计过程就越复杂，在实际设计中，如果采用多种复合形形状改变方法，那么将会导致设计效率的下降，严重的还会影响设计的合理性及可行性。所以，在设计过程中，设计人员应根据减速器设计要求，来对复合形改变方法进行合理的选择，尽可能的减少不同复合形改变方法的使用，实现设计过程的简化，从而使设计效率及设计可行性得到有效保障。此外，在对减速器进行齿轮设计的时候，设计人员应重视齿轮运转过程中的噪声问题，采用科学、合理的设计方式，来对减速器进行齿轮设计，在保证齿轮性能的基础上，尽可能的降低其在运行过程中所产生的噪声，进而实现减速器齿轮设计的优化。

3 结束语

随着数学方法和计算技术的发展，优化设计已成现代社会最为流行的方法之一。减速器是起重机中必不可少的一个重要组成部分，其直接影响着起重机的整体性能，所以，起重机减速器的优化设计对于起重机整体性能的提升有着十分重要的意义。