《基于MATLAB的两级直齿圆柱齿轮减速器优化设计毕业论文.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于MATLAB的两级直齿圆柱齿轮减速器优化设计毕业论文.doc（89页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、目录基于MATLAB的两级直齿圆柱齿轮减速器优化设计毕业论文目录摘 要IAbstractI1 绪论11.1 论文研究背景与意义12 两级直齿圆柱齿轮减速器设计理论22.1 齿轮强度校核22.1.1 齿轮传动应满足的基本要求22.1.2 齿轮传动的运动分析22.1.3 直齿圆柱齿轮受力分析22.1.4 齿轮传动的失效形式32.1.5 齿轮传动的设计准则32.2 齿轮材料的选择42.3 齿轮传动的精度43 减速器设计软件43.1 MATLAB软件概述43.2 Visual Basic软件概述53.3 Solidworks软件概述64 利用MATLAB语言编程64.1 建立数学模型64.1.1 确定
2、设计变量74.1.2 建立目标函数74.1.3 确定约束条件74.2 高速级齿轮基本参数的确定84.2.1 载荷系数K1的计算84.2.2 工况系数KA1的计算84.2.3 载荷分布不均系数的计算94.2.4 动载荷系数Kv1的计算144.2.5 弹性影响系数Ze1的计算144.3 低速级齿轮基本参数的确定154.3.1载荷系数K2的计算154.3.2 工况系数KA2的计算154.3.3 载荷分布不均系数的计算154.3.4 动载荷系数Kv2的计算204.3.5 弹性影响系数Ze2的计算215 VB程序实现215.1 优化设计功能的实现215.2 应用实例21结论22参考文献24致谢25附录2
3、6II河北科技师范学院2011届本科毕业设计1 绪论 1.1 论文研究背景与意义信息产业的飞速发展正对全球经济的增长起着巨大的推动作用，特别是对制造业的发展产生了极大的影响，同时也使传统产业面临新的挑战。制造业的信息化，即利用信息技术改造传统产业，对国民经济的发展具有深远的战略意义。作为制造业信息化的重要内容，CAD技术的应用与开发己成为现代企业缩短产品开发周期、提高设计质量、降低产品成本，乃至提高企业技术创新能力的有效途径。目前CAD技术在各行各业已得到了广泛的应用，并带来了显著的社会效益与经济效益。CAD技术在土业生产中的整体水平已成为国家科学技术发展的重要标志之一。随着社会生产的发展和市
4、场竞争的加剧，人们对产品的花色品种和性能的要求越来越多，中、小批量的产品生产占70%一80%。为了满足不同功能和性能的要求，快速而又经济地开发出更多的变型产品，模块化和系列化的设计方法在生产中的应用日趋广泛。在当前计算机技术的普及的大环境下，CAD技术也在世界范围内得到广泛的应用，先进的工具提高了人们的工作效率和工作质量。目前，较为先进的机械CAD软件有:AutoCAD、Pro/Engineer、UG、SolidworkS等。随着面向对象技术及特征建模技术的发展，CAD/CAE/CAM技术已紧密相连，CAD已从单纯模仿二维工程图样飞跃到三维实体造型，同时，当今虚拟现实技术的发展，使CAD技术在
5、工程设计中呈现越来越重要的地位。本课题的研究意义在于改变传统的齿轮减速器设计方式，提高企业的经济效益及其在市场上的竞争力。齿轮减速器以其效率高，工作耐久，维护方便，而得到广泛应用。但传统的齿轮减速器设计是面向某一具体产品，从零件设计入手，逐步完成整机设计，除少量标准件外，几乎是全新的，生产上及技术上的继承性很差，且新产品设计周期长，工艺装备及生产准备工作量大，生产线也需作较大的调整。随着科学技术和国民经济的发展，对齿轮减速器的需求量越来越大，且对质量提出了更高的要求，若仍采用传统的单一产品设计方法是远不能满足市场多样化的需求，不能适应激烈的市场竞争，也很难提高产品的综合技术经济效益及保证产品质
6、量。目前对减速器CAD系统的研究与开发一般都局限于减速器三维造型,其参数的设计计算一般是以常规设计为基础的。即使采用了优化设计方法,其设计计算也是单独进行而没有和CAD系统很好的集成,给减速器CAD/CAM带来不利影响。 程序设计语言作为计算机应用的重要组成部分，其发展令人瞩目。Visual Basic程序设计语言提供了可视化的软件开发环境，采用面向对象技术和事件驱动机制，从而使编程难度降低，在实现完美的界面设计、多媒体开发、数据库应用程序设计、网络编程及应用软件发布等方面更具显著的优势。MATLAB具有强大的计算和绘图功能、大量稳定可靠的算法库和简洁高效的编程语言，已成为数学计算工具方面事实
7、上的标准。在减速器优化设计中，齿轮优化计算最为复杂,尤其是齿根弯曲强度计算中齿形系数YFa和应力校正系数YSa的计算最为繁复。迫切需要一套齿轮参数计算程序和疲劳强度校核程序，以减少工作量，提高研发速度和质量。本设计中利用VB与MATLAB汇合编程，充分利用Matlab的运算功能、VB开发界面方便和Solidworks二次开发的特点，来提高减速器优化过程中齿轮强度计算的效率及齿轮的三维建模的速度。2 两级直齿圆柱齿轮减速器设计理论2.1 齿轮强度校核2.1.1 齿轮传动应满足的基本要求齿轮传动中经常遇到的问题有：冲击、振动、噪音、断齿、齿面点蚀、磨损、胶合等。为了使传动能平稳而持久地工作，必须使
8、所设计的齿轮传动满足两项基本要求：瞬时传动比恒定：以消除冲击，振动和噪音，使得传动平稳。足够的承载能力：以保证在预定的使用期限内不出现断齿、齿面点蚀、磨损等失效现象。即要求所设计的齿轮尺寸小，重量轻，强度高，耐磨性好。2.1.2 齿轮传动的运动分析一对渐开线直齿圆柱齿轮传动，轮1为主动轮，为理论啮合线。在入啮点B，主动轮齿根与从动轮齿顶相接处，齿廓1在B点的速度v垂直于，在连续啮合传动中，两齿廓在接触点处沿啮合线方向的分速度相等。且v=v+v其中v是齿廓1的切向滑动速度。此外两齿廓在接触点处还有相对滚动，相对滚动的角速度为+。在节点P啮合时，v= v，两齿廓间只有相对滚动，没有相对滑动。过了节
9、点之后，齿廓间相对滑动速度v逐渐增大，到脱啮点B时达到最大。不难看出，在节点前后，齿廓间的相对滑动速度方向相反其大小也随啮合位置不同而变化。然而，在整个啮合过程中，相对滚动角速度始终不变。在入啮点B，从动轮齿顶与主动轮齿根相啮合，由图看出vv,即主动轮齿顶的速度大于从动轮齿根的速度。由以上的分析，我们可以得出：一对齿廓在啮合过程中，齿面间既有相对滑动（节点除外），又有相对滚动，这种“连滚带滑”，可称为滚辗。节点前后，相对滑动速度相反，节点处相对滑动速度为零。凡是齿顶速度都高，凡是齿根速度都低，不论其是主动轮还是从动轮。2.1.3 直齿圆柱齿轮受力分析进行齿轮传动的强度计算时，首先要知道轮齿上所
10、受的力，这就需要对齿轮传动作受力分析。当然，对齿轮进行受力分析也是计算安装齿轮的轴及轴承时所必需的。一对齿轮传递动力时，齿面间既有正压力又有摩擦力，但齿轮传动一般均加以润滑，齿面间的摩擦力比正压力小得多，为了简便起见，在力分析时忽略不计，只考虑正压力。齿面间的正压力为一沿接触线的分布力，为了简便，把简化为一集中力，且作用在齿宽中间平面内。沿啮合线作用在齿面上的正压力F垂直于齿面，将正压力F在节点处分解为两个相互垂直的分力，即切于节圆的圆周力F和半径方向的径向力F。由此可得：式中：-小齿轮传递的转矩，Nmm；-小齿轮的节圆直径，对于标准齿轮即为分度圆直径，mm；-啮合角，对于标准齿轮，=20。根
11、据作用力和反作用力的关系：作用在主动轮和从动轮上的各对力大小相等；方向相。各轮的受力方向是：主动轮上的圆周力与其回转方向相反；从动轮上的圆周力与其回转方向相同；径向力分别指向各自轮心；正压力通过节点与基圆相切。2.1.4 齿轮传动的失效形式齿轮传动的失效主要是轮齿的失效。至于齿轮的其他部分（如齿圈、轮辐、轮毂等），除大型齿轮外，通常是按经验设计，所定的尺寸对强度和刚度来说均较富裕，实践中极少失效。国家标准GB3481-83中，将齿轮失效形式分为五大类：轮齿折断、吃面磨损、点蚀、胶合及塑性变形。2.1.5 齿轮传动的设计准则轮齿失效的形式虽然很多，但对于某一种具体情况来说，这些失效形式并不一定会
12、同时发生。对于开式齿轮传动，由于磨损严重，在齿面还没有来得及形成疲劳点蚀以前，这一表层已被磨掉。故开式齿轮传动主要的失效形式是齿面磨损和轮齿折断。因此，以保证齿根弯曲疲劳强度作为设计准则。对于闭式齿轮传动，当齿面硬度较低（HB350）时，齿面易于出现疲劳点蚀破坏。设计时，就应该首先考虑满足齿面的接触疲劳强度要求。当齿面硬度较高（HB350）时，轮齿抗弯曲疲劳能力相对地弱于齿面的抗疲劳点蚀能力，易于出现的损坏形式是齿的折断。因此，在这种情况下，就应该考虑首先满足轮齿的抗弯曲疲劳强度要求。2.2 齿轮材料的选择有齿轮的失效形式可知，对齿轮材料性能的基本要求为：齿面要硬，齿芯要韧。常用的齿轮材料有钢
13、、铸铁、和非金属材料。2.3 齿轮传动的精度一般机械制造常用6-9级，根据齿轮的使用要求，对齿轮的制造精度有三个方面的要求：传递运动的准确性要求加工出来的齿轮，在传动时从动轮在一转的范围内，其回转误差的最大值不超过允许的限度。传动的平稳性要求加工出来的齿轮，在传动时瞬时传动比的变化不超过允许的限度。载荷分布的均匀性要求加工出来的齿轮，在传动时齿面上的实际接触面积符合传递动力大小的要求。3 减速器设计软件3.1 MATLAB软件概述Matlab 是美国Mathworks 公司推出的集科学计算和图形处理为一体的科学计算语言。通过Matlab超强的运算能力与别的编程环境的数据交互,极大的提高了工程生
14、产效率、缩短了开发周期。MATLAB在学术界和工程界广受欢迎，其主要特点有如下几方面。友好的工作平台和编程环境MATLAB由一系列工具组成，其中许多工具组成，其中许多工具采用的是图形用户界面，包括MATLAB桌面和命令窗口、历史命令窗口、编辑器和调试器、路径搜索等。MATLAB 简单的编程环境提供了比较完备的调试系统，程序不必经过编译就可以直接运行，而且能够及时地报告出现的错误并进行错原分析。简单易用的编程语言MATLAB语言是一种高级矩阵语言，它包含控制语句、函数、数据结构、输入和输出和面向对象编程特点。用户可以在命令窗口中输入语句与执行命令同步，也可以先编写好一个较大的复杂应用程序（M文件
15、）后再一起运行。强大的科学计算机数据处理能力MATLAB是一个包含大量计算算法的集合，其拥有600多个工程中要用到的数学运算函数，可以方便的实现用户所需的各种计算能力。函数所能解决的问题大致包括矩阵运算和线性方程组的求解、微分方程及偏微分方程的组的求解、符号运算、傅立叶变换和数据的统计分析、工程中的优化问题、稀疏矩阵运算、附属的各种运算、三角函数和其它初等数学运算、多维数组操作以及建模动态仿真等。出色的图形处理功能MATLAB对整个图形处理功能进行了很大的改进和完善，使它不仅在数据可视化软件都具有的功能（例如二维曲线和三维曲面的绘制和处理等）方面更加完善，而且对于一些其他软件所没有的功能（例如图形的光照处理、色度处理以及四维数据的表现等），MATLAB同样表现了出色的处理能力。应用广泛的模块集合工具箱MATLAB对许多专门的领域都开发了功能强大的模块集和工具箱。一般来说，它们都是由特定领域的专家开发的，用户可以直接使用工具箱学习、应用和评估不同的方法而不需要自己编写代码。实用程序接口和发布平
