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1、南昌航空大学科技学院学士学位论文惩罚函数法二级圆柱齿轮减速器的优化设计目 录1 序言1.1 选题的依据及意义11.2 研究概况及发展趋势11.3 减速器的主要类型21.4 减速器结构41.5 圆柱齿轮传动的特点51.6 机械零件优化设计概述52 二级圆柱齿轮减速器优化设计数学模型的创建2.1 优化设计介绍62.1.1 优化设计的意义与发展62.1.2 优化设计方法的选择82.1.3 优化设计中主要术语概述92.1.3.1 优化方法92.1.3.2 设计变量92.1.3.3 约束条件102.1.3.4 目标函数112.1.3.5 数学模型112.2 优化设计的步骤122.2.1 建立数学模型12
2、2.2.2 选择最优化算法132.2.3 程序设计142.2.4 计算机自动刷选最优设计方案142.3 优化设计与常规设计的比较142.4 原始数据及设计要求152.5 减速器轮传动类型的选择152.6 建立优化设计的数学模型163 采用惩罚函数法进行调优3.1 惩罚函数法的简介183.1.1 内点惩罚函数法193.1.2 内点法的计算步骤203.1.3 外点惩罚函数法203.1.4 混合惩罚函数法213.2 二级圆柱齿轮减速器优化程序214 二级圆柱齿轮减速器的设计及计算4.1 传动方案的选择224.2 电动机的选择234.2.1 型号的选择234.2.2 功率的选择244.2.3 转速的选
3、择244.3 电动机型号的最终确定254.4 传动装置运动的计算和动力参数的确定264.4.1 各轴转速的计算264.4.2 各轴输入功率的确定264.4.3 各轴输入转矩T(Nm)264.5 传动件的设计计算274.5.1 带传动的形式和参数确定274.5.2 齿轮类型选择及参数确定284.6 轴的设计计算364.7 轴的校核计算384.8 滚动轴承型号的选择384.9 联接键的选择及其校核394.10 减速器机体结构尺寸计算表及附件的选择404.11 润滑方式的选择414.11.1 传动件的润滑414.11.2 滚动轴承的润滑42总 结43参考文献44致 谢45附 录 A46摘要：减速器是
4、各类机械设备中广泛使用的传动装置。其主要特点为传递功率大、制造简单、维修方便和使用寿命长等优点。传统的减速器设计一般通过反复的试凑、校核确定设计方案，虽然也能获得满足给定条件的设计方案，实践证明，按照传统设计方法作出的设计方案，大部分都有改进的余地，不是最佳方案。本文将对二级圆柱齿轮减速器进行优化设计。考虑到以中心距最小为目标，在此采用了惩罚函数法。通过设计变量的选取、目标函数和约束条件的确定，建立了圆柱齿轮减速器设计的数学模型。编写了优化设计程序，通过在计算机上运行和计算，得出优化设计各参数的大小。从理论上对圆柱齿轮减速器的结构进行了分析并作了常规设计，并对其它的一些附件进行了相应的设计，设
5、计完毕，对其齿面、齿根弯曲强度进行校核，结果满足要求。结果表明，采用优化设计方法后，在满足强度要求的前提下，减速器的尺寸大大降低了，减少了用材及成本，提高了设计效率和质量。关键词：圆柱齿轮减速器 优化设计 惩罚函数法 中心距 常规设计Penalty function Optimal Design for Two-Grade Helical Cylindrical Gear RedactorAbstract：Reducer is a transmission device which is widely found in mechanical equipment. The main charac
6、teristics of it is large power transmission、manufacture simple、easy maintenance and long life. Traditionally, in order to get satisfied design data of reducer, you must cut and try again and again. Although this design can satisfy conditions given. Proved by the practice, according to the traditiona
7、l design method to the design, most of them have room for improvement, it is not optimal. In this article we will two-grade helical cylindrical gear redactor conduct optimal design . Taking account the minimum distance of center into the goal, penalty function used in this method . In this paper, by
8、 the way of selecting design variable , setting up goal function and restriction condition , the mathematical model of cylindrical gear reducer is established . The preparation of the optimal design program , run by the computer and calculating the optimal design parameters . The structure of the ge
9、ar reducer is analyzed and made conventional design in theory, and some other accessories for the corresponding design , which proved reasonable for the the checking of Tooth surface and tooth root bending strength after the designation completed . The results show that the optimal design methods ,
10、strength requirements are met under the premise of the size reducer greatly reduced, reducing the timber and the cost , improve the design efficiency and quality. Key words: Helical Cylindrical Gear Redactor optimal design penalty function Center distance Conventional Design1 序言1.1选题的依据及意义齿轮减速器是原动机和
11、工作机之间的独立的闭式传动装置，用来降低转速和增大转矩，以满足工作需要，在某些场合也用来增速，称为增速器。其特点是减速电机和大型减速机的结合。无须联轴器和适配器，结构紧凑。负载分布在行星齿轮上，因而承载能力比一般斜齿轮减速机高。满足小空间高扭矩输出的需要。广泛应用于大型矿山，钢铁，化工，港口，环保等领域。与K、R系列组合能得到更大速比。圆柱齿轮传动与普通定轴齿轮传动相比较，具有质量小、体积小、传动比大、承载能力大以及传动平稳和传动效率高等优点，这些已被我国越来越多的机械工程技术人员所了解和重视。由于在各种类型的圆柱齿轮传动中均有效的利用了功率分流性和输入、输出的同轴性以及合理地采用了内啮合，才
12、使得其具有了上述的许多独特的优点。圆柱齿轮传动不仅适用于高速、大功率而且可用于低速、大转矩的机械传动装置上。它可以用作减速、增速和变速传动，运动的合成和分解，以及其特殊的应用中；这些功用对于现代机械传动发展有着重要意义。因此，圆柱齿轮传动在起重运输、工程机械、冶金矿山、石油化工、建筑机械、轻工纺织、医疗器械、仪器仪表、汽车、船舶、兵器、和航空航天等工业部门均获得了广泛的应用。对这种减速器进行优化设计，必将获得可观的经济效益。选做这个毕业设计，一方面对于减速器的内部结构和工作原理也有一定的了解和基础，其次通过对圆柱齿轮减速器这一毕业课题设计可以巩固我大学4年来所学的专业知识，对于我也是一种检验。
13、可以全面检验我大学所学的知识是否全面，是否能灵活运用到实际生活工作中。在做的过程中我还可以不断学习和拓宽视野和思路，做到理论与实际相结合的运用。最重要的是对于即将离校走向社会的我是一种挑战，培养我独立思考，树立全局观念，为以后的我奠定坚实的基础。1.2研究概况及发展趋势随着时代进步，科技与时俱进，对于齿轮的传动越来越多的科技因素在起着主导地位。世界上一些工业发达国家，如日本、德国、英国、美国和俄罗斯等，对齿轮传动的应用，生产和研究都十分重视，在结构优化、传动性能，传动功率、转矩和速度等方面均处于领先地位，并出现一些新型的圆柱传动技术，如封闭圆柱齿轮传动、圆柱齿轮变速传动和微型圆柱齿轮传动等早已
14、在现代化的机械传动设备中获得了成功的应用。圆柱齿轮传动在我国已有了许多年的发展史，很早就有了应用。然而，自20世纪60年代以来，我国才开始对圆柱齿轮传动进行了较深入、系统的研究和试制工作。无论是在设计理论方面，还是在试制和应用实践方面，均取得了较大的成就，并获得了许多的研究成果。 近20多年来，尤其是我国改革开放以来，随着我国科学技术水平的进步和发展，我国已从世界上许多工业发达国家引进了大量先进的机械设备和技术，经过我国机械科技人员不断积极的吸收和消化，与时俱进，开拓创新地努力奋进，使我国的齿轮传动技术有了迅速的发展。国内减速器行业重点骨干企业的产品品种、规格及参数覆盖范围近几年都在不断扩展，
15、产品质量已达到国外先进工业国家同类产品水平。纵观国内减速器行业的现状，为保持行业的健康可持续发展在充分肯定行业不断发展、进步的同时，更应看到存在的问题，并积极研究对策，采取措施，力争在较短时间内能有所进展。目前，同外减速器行业存在的比较突出的问题是，行业整体新产品开发能力弱、工艺创新及管理水平低，企业管理方式较为粗放，相当比例的产品仍为中低档次、缺乏有国际影响力的产品品牌、行业整体散、乱情况依然较为严重。基于此，推进行业优势企业间的购并、整合，尽快形成有着一定的市场影响力的品牌、有较大规模的和实力、有较强产品研发和技术支持能力的这样若干个集团型企业，如此放能在与国外同行的竞争中保持一定的优势并不断得以发展。1.3减速器的主要类型减速器是一种由封闭在刚性壳体内的齿轮传动、蜗杆传动或齿轮蜗杆传动所组成的独立部件，常用在动力
