复合形法减速器的优化设计说明书.doc

南昌航空大学科技学院学士学位论文11前言.21.1复合形法减速器优化设计的意义.21.11机械优化设计与减速器设计现状.21.1.2优化设计的步骤.31.1.3减速器优化设计的分析.51.1.4减速器的研究意义与发展前景.61.2国内外发展状况.71.2.1、国内减速器技术发展简况.71.2.2、国内减速器技术发展简况.81.3论文的主要内容.92齿轮啮合参数优化设计的数学模型的建立.92.1设计变量的确定.92.2目标函数的确定.102.3约束条件的建立.113优化设计方法-复合形法调优.123.1复合形法介绍.123.2复合形法计算步骤.133.3单级圆柱齿轮减速器复合形法FORTRAN优化目标函数和约束函数子程序.143.4优化结果.164减速器的常规设计.164.1减速器的结构与性能介绍.164.2.带传动零件的设计计算.174.3齿轮的设计计算及结构说明.184.4.联轴器的选择.214.5.轴的设计及校核.214.5.1.从动轴结构设计.214.5.2.主动轴的设计.224.5.3.危险截面的强度校核.234.6.键的选择及校核.254.7.轴承的选择及校核.254.8.减速器润滑方式、密封形式.254.8.1.密封.264.8.2润滑.265优化结果分析.266减速器3D简略设计过程（UG）.26南昌航空大学科技学院学士学位论文26.1.减速器机盖设计.266.2减速器机座设计.286.3轴的设计.286.3.1传动轴的设计.286.3.2齿轮轴的设计.296.4齿轮的设计.306.5轴承的设计（以大轴承为例）.326.5减速器的装配（其它零部件说明省略）.337总结.348参考文献.359致谢.361前言1.1复合形法减速器优化设计的意义1.11机械优化设计与减速器设计现状机械优化设计是在电子计算机广泛应用的基础上发展起来的一门先进技术。它是根据最优化原理和方法，利用电子计算机为计算工具，寻求最优化设计参数的一种现代设计方法。实践证明，优化设计是保证产品具有优良的性能、减轻重量或体积、降低成本的一种有效设计方法。机械优化设计的过程是首先将工程实际问题转化为优化设计的数学模型，然后根据数学模型的特征，选择适当的优化设计计算方法及其程序，通过计算机求得最优解。概括起来，最优化设计工作包括两部分内容：（1）将设计问题的物理模型转变为数学模型。建立数学模型时要选取设计变量，列出目标函数，给出约束条件。目标函数是设计问题所要求的最优指标与设计变量之间的函数关系式。（2）采用适当的最优化方法，求解数学模型。可归结为在给定的条件（例如约束条件）下求目标函数的极值或最优值问题。减速器作为一种传动装置广泛用于各种机械产品和装备中，因此，提高其承载能力，延长使用寿命，减小其体积和质量等，都是很有意义的，而目前在二级传南昌航空大学科技学院学士学位论文3动齿轮减速器的设计方面，许多企业和研究所都是应用手工设计计算的方法，设计过程琐碎而且在好多方面都是通过先估计出参数然后再校核计算的过程。这对于设计者来说是枯燥无味的，进行的是重复性工作，基本没有创造性；对于企业来说增加了产品的成本且不易控制产品质量。这些对提高生产力，提高经济效益都是不利的。现代最优化技术的发展为解决这些问题提供了有效途径。目前，最优化方法在齿轮传动中的应用已深入到设计和研究等许多方面。例如，关于对齿面接触强度最佳齿廓的设计；关于形成最佳油膜或其它条件下齿轮几何参数的最优化设计；关于齿轮体最优结构尺寸的选择；关于齿轮传动装置传动参数的最优化设计；在满足强度要求等约束条件下单位功率质量或体积最小的变速器的最优化设计；以总中心距最小和以转动惯量最小作为目标的多级齿轮传动系统的最优化设计；齿轮副及其传动系统的动态性能的最优化设计（动载荷和噪音最小化的研究，惯性质量的最优化分配及弹性参数的最优选择）等。即包括了对齿轮及其传动系统的结构尺寸和质量，齿轮几何参数和齿廓形状，传动参数等运动学问题，振动、噪音等动力学问题的最优化。本次毕业设计就是针对二级圆柱齿轮减速器的体积进行优化设计，其意义在于利用已学的基础理论和专业知识，熟悉工程设计的一般过程，同时把先进的设计方法、理念应用于设计中，为新技术时代的到来打下基础。1.1.2优化设计的步骤齿轮传动的优化设计，作为优化方法在工程设计问题中的一种实际应用，如撇开其待定的工程特点不谈，它的实施步骤并无特定之处。其步骤归纳起来如下：（1）建立数学模型用数学语言来描述设计任务，包括确定设计变量，建立目标函数和确定约束条件。（2）选择优化算法对于一定的数学模型，选用何种优化算法来求得其最优解，对提高计算效率，甚至对保证计算成功有着相当大的关系。选择的依据通常是：是连续问题还是离散问题？是有约束问题还是无约束问题？问题的规模多大？所要达到的计算精度如何？目标函数的导数是否容易计算？目标函数和数学形态如何？是否有现成的程序可以引用？尽可能使优化计算过程可靠地完成，这一点是选择算法时应着重予以考虑的。本文按要求采用复合形法。南昌航空大学科技学院学士学位论文4（3）绘出计算的流程图对已经建立的数学模型和选定的优化算法，必须把它们编制成程序，才能够交由计算机完成计算。在编制程序前，应当把包括计算目标函数值、反映约束条件和执行优化算法在内的整个计算过程，整理排列为一些逻辑关系，清楚流程流向合理的以方框表示的流程图，以充分反映整个计算过程中各部分计算的先后顺序及相互关系。这些流程图不仅便于我们检查整个计算过程是否组织的正确方便，而且可作为编制程序的依据。（4）编制程序编写准备输入计算机的源程序。选择哪一种计算机语言来编制程序应当根据计算机的软件配置和对现成程序可引用的程度来决定，并且也要考虑到数学模型的计算特点和编程人员对语言的掌握情况。再编制程序以前，对整个程序的结构安排、输入输出方式、乃至标示符的命名等问题，都应当有充分的考虑。一个好的计算程序，不仅表现为计算速度快，占用存储少等内在质量，而且在外观上具有条理清晰、结构简单、易于阅读等优点，使得程序易被检查和修改。程序编成后，应在计算机上反复调试。待程序调试通过后，可选择一些典型的算例验算多次，以证明程序中的各条计算路径都是畅通无误的。（5）上机计算待完成的设计任务向我们提供了设计条件，把这些设计条件整理排列成输入数据，并输入到计算机中以后，计算机将完成优化设计任务。设计者阅读计算机的输出报告后，将直接过得去减速器齿轮传动设计的设计方案，并且获悉此项设计所达到的主要性能目标。对此，可做一些必要的分析复核工作。（6）进行方案评估和决策优化设计流程图如图1-3。