基于遗传算法的齿轮减速器模型优化设计
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外文翻译--鲁棒优化设计的多目标遗传算法 中文版.doc
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装配图.dwg
轴1-低速轴.dwg
轴2-高速轴.dwg
齿轮1.dwg
齿轮2.dwg
目录
摘要I
AbstractII
1 绪论1
1.1减速器1
1.1.1 减速器国内外的现状和发展1
1.1.2 齿轮减速器的介绍2
1.1.3 齿轮减速器的分类2
1.1.4 齿轮减速器的结构2
1.1.5 齿轮减速器的工作原理3
1.2优化设计3
1.3本课题的主要内容和解决问题4
2 齿轮减速器数学模型的建立5
2.1 齿轮减速器的数学模型5
2.1.1 建立一级齿轮减速器的数学模型5
2.1.2 确定约束函数6
3 遗传算法程序设计12
3.1 智能算法选择12
3.1.1 智能算法种类12
3.2 遗传算法介绍12
3.3 遗传算法程序实现13
3.3.1 遗传算法中的参数13
3.3.2 遗传算法的伪代码14
3.3.3 编码和解码14
3.3.4 交叉15
3.3.5 变异16
3.3.6 选择18
3.3.7 约束的处理19
4 机械设计与校核22
4.1 齿轮的设计与校核22
4.1.1 优化结果22
4.1.2 大齿轮的强度的校核22
4.1.3 小齿轮的强度的校核24
4.2 轴的设计和校核25
4.2.1 高速轴设计25
4.2.2 高速轴校核26
4.2.3 高速轴轴承寿命校核28
4.2.4 低速轴设计29
4.2.5 低速轴校核30
4.2.6 低速轴轴承寿命校核32
4.3 齿轮减速器箱体的结构尺寸33
4.4 减速器的润滑和密封34
结论35
致谢36
参考文献37
2 齿轮减速器数学模型的建立
在分析一个问题时通常并不直接的分析这个系统[6]，往往要引入数学模型的概念，建立一个数学模型，便是找出问题中的相关的因素去定义和描述相应的问题。对于本课题中的齿轮减速器的优化设计，首先就是要求将设计问题按规定的格式建立数学模型，选择合适的优化方法及程序，然后再通过计算机的计算，自动地获得最优设计方法，因此有必要建立齿轮减速器的数学模型来进行后续的程序优化。
2.1 齿轮减速器的数学模型
随着机械制造技术的不断进步和提高，产品的轻型化、小型化道路已经成为当今制造业的发展趋势，对于齿轮减速器，在传动比和功率相等的情况下，其体积小将会降低成本、节约资源等优势，因此在对齿轮减速器进行优化设计时，可以按它们的体积之和为最小的原则来建立优化设计的目标函数。
2.1.1 建立一级齿轮减速器的数学模型
如图2.1所示是一级圆柱直齿轮减速器的结构简图，已知齿数比为u=3,输入功率为P=100KW，主动齿轮的转速为n1=1500 r/min，由于齿轮和轴的尺寸(即壳体内的零件)是决定减速器体积大小的因素[12]，利用齿轮几何尺寸及机构尺寸的计算公式，壳体内的齿轮和轴的体积可近似地表示为：
1 绪论
1.1减速器
减速机是一种相对精密的机械，使用它的目的是降低转速，增加转矩。它的种类繁多，型号各异，不同种类有不同的用途。减速器的种类繁多[1]，按照传动级数不同可分为单级和多级减速器；按照齿轮形状可分为圆柱齿轮减速器、圆锥齿轮减速器和圆锥－圆柱齿轮减速器；按照传动的布置形式又可分为展开式、分流式和同轴式减速器，按照传动和结构特点来划分，可分为下列六种减速器：齿轮减速器、蜗杆减速器、蜗杆齿轮减速器及齿轮-蜗杆减速器、摆线针轮减速器、谐波齿轮减速器和行星齿轮减速器。
对于上述六种减速器已经有标准的系列产品，使用时只需要结合所需传动功率、转速、传动比、工作条件和机械的总体布置等具体要求，从产品目录和有关手册中选取即可，只有在选不到合适的产品时，才自行设计制造，此外还有一些专用的减速器（如在电梯、阀门开关等处用）。
1.1.1 减速器国内外的现状和发展
国外的减速器[2]，以德国、丹麦和日本的处于领先地位，它们特别是在制造工艺和材料的方面占据优势，它们的减速器工作具有可靠性好，使用寿命长的优点。但其传动形式仍是以定轴齿轮传动为主。日本住友重工研制的FA型高精度减速器，美国Alan-Newton公司研制的X-Y式减速器在结构上和传动原理上都为当今世界先进的齿轮减速器。目前的减速器是向着小体积、大功率、高效率、大传动比以及长寿命的趋势发展。因此，除了不断提高工艺水平、改进材料品质外，还在传动结构和传动原理上要深入探讨和创新，平动齿轮传动原理的出现就是一例。
国内的减速器多以齿轮传动、蜗杆传动为主，但普遍存在着功率与重量比小，或者机械效率过低而传动比大的问题。另外，工艺水平和上材料品质还有许多不足之处，特别是大型的减速器的不足之处更加的突出。60年代开始生产的少齿差传动、摆线针轮传动、谐波传动等减速器具有传动比大、体积小、机械效率高等优点。但受其传动的理论的限制，不能传递过大的功率，功率一般都是要小于40kw。由于在材料品质方面、传动的理论和工艺水平方面没有突破，因此，国内没能从根本上解决传递功率大、机械效率高、传动比大、重量轻、体积小等这些基本要求。改革开放以来,我国引进了一批先进的加工装备。通过不断引进、消化和吸收国外先进技术以及科研攻关,开始掌握了各种高速和低速重载齿轮装置的设计制造技术。材料和热处理质量及齿轮加工精度都有较大的提高,通用圆柱齿轮的制造精度可从JB179—60的8～9级提高到GB10095—88的6级,高速齿轮的制造精度可稳定在4～5 级。部分减速器采用硬齿面后,体积和重量明显减小,承载能力、使用寿命、传动效率有了大幅度的提高,对节能和提高主机的总体水平起到明显的作用。从1988 年以来,我国相继制定了50～60 种齿轮和蜗杆减速器的标准,研制了许多新型减速器,这些产品大多数达到了20 世纪80 年代的国际水平。目前,我国可设计制造2800kW的水泥磨减速器、1700mm轧钢机的各种齿轮减速器。各种棒材、线材轧机用减速器可全部采用硬齿面。但是,我国大多数减速器的水平还不高,老产品不可能立即被替代,新老产品并存过渡会经历一段较长的时间。90年代初期，国内出现的三环（齿轮）减速器，是一种外平动齿轮传动的减速器，它可实现较大的传动比，传递载荷的能力也大。它的体积和重量都比定轴齿轮减速器轻，结构简单并且效率也高。
1.1.2 齿轮减速器的介绍
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