关键词：
精密行星齿轮减速器
传动系统
数字孪生体
疲劳寿命预测
摘要：
精密行星齿轮减速器具有承载能力强、效率高和造价低等特点,因此被广泛应用于各行业的机械设备中。然而,正如许多机械部件一样,精密行星齿轮减速器也会面临疲劳寿命的问题,其疲劳寿命在不同条件下存在着差异。为了有效地评估和预测精密行星齿轮减速器传动系统的疲劳寿命,本文以精密行星齿轮减速器为研究对象,结合数字孪生的特性,构建精密行星减速器传动系统的数字孪生体模型。随后,对其在不同条件下的多体动力学和疲劳寿命情况进行分析。最后,利用仿真数据和LSTM模型构建其疲劳寿命预测模型,实现对精密行星减速器传动系统的疲劳寿命预测,本文的主要研究内容如下:
(1)精密行星齿轮减速器传动系统的数字孪生体模型构研究。根据精密行星齿轮减速器传动系统的组成及工作原理,确定精密行星齿轮减速器传动系统数字孪生体模型框架。该模型将通过几何模型、物理模型、规则模型和行为模型等关键模型来构建,并对其进行详细分析。此外,进行精密行星齿轮减速器传动系统关键零部件参数化与几何模型的软件开发,以实现对关键零部件的快速建模功能。
(2)精密行星齿轮减速器传动系统数字孪生体模型的多体动力学分析。为了深入了解精密行星齿轮减速器传动系统数字孪生体模型的运动行为和动力传递规律,基于多体动力学理论建立了精密行星减速器传动系统的动力学模型,并进行不同条件下的仿真分析。结果显示,仿真值与理论值整体吻合较好,其中转速、传动比误差不超过1%,验证动力学仿真模型构建的准确性,完成精密行星齿轮减速器传动系统数字孪生体行为模型的实现。
(3)精密行星齿轮减速器传动系统数字孪生体模型的疲劳寿命分析与实验研究。利用刚柔耦合模型动力学仿真分析结果,并结合疲劳寿命研究理论和构件材料的S-N曲线,在Durability模块中对精密行星齿轮减速器传动系统的疲劳寿命进行分析,获得该系统关键零部件在不同条件下的疲劳寿命。此外,与疲劳寿命台架实验的结果进行对比,结果表明,仿真值与实验值的误差在10%以内,验证了疲劳寿命仿真结果的有效性,为后续构建疲劳寿命预测模型(规则模型)奠定了基础。
(4)精密行星齿轮减速器齿轮传动系统的疲劳寿命预测模型研究。疲劳寿命预测模型是数字孪生体规则模型中的一种,利用仿真数据和LSTM构建精密行星齿轮减速器齿轮传动系统的疲劳寿命预测模型,结果表明,该模型疲劳寿命预测值与仿真值误差在5%以内,验证该预测模型的准确性;接着与常见预测模型(如BP、CNN、SVM和RNN等4种模型)进行对比,显示LSTM预测模型表现更优,能够更准确地预测精密行星齿轮减速器传动系统的疲劳寿命。
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