懲罰函數(shù)法二級(jí)圓柱齒輪減速器的優(yōu)化設(shè)計(jì)

摘要：減速器是各類機(jī)械設(shè)備中廣泛使用的傳動(dòng)裝置。其主要特點(diǎn)為傳遞功率大、制造簡單、維修方便和使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。傳統(tǒng)的減速器設(shè)計(jì)一般通過反復(fù)的試湊、校核確定設(shè)計(jì)方案，雖然也能獲得滿足給定條件的設(shè)計(jì)方案，實(shí)踐證明，按照傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法作出的設(shè)計(jì)方案，大部分都有改進(jìn)的余地，不是最佳方案。

本文將對二級(jí)圓柱齒輪減速器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。考慮到以中心距最小為目標(biāo)，在此采用了懲罰函數(shù)法。通過設(shè)計(jì)變量的選取、目標(biāo)函數(shù)和約束條件的確定，建立了圓柱齒輪減速器設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型。編寫了優(yōu)化設(shè)計(jì)程序，通過在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行和計(jì)算，得出優(yōu)化設(shè)計(jì)各參數(shù)的大小。從理論上對圓柱齒輪減速器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析并作了常規(guī)設(shè)計(jì)，并對其它的一些附件進(jìn)行了相應(yīng)的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)完畢，對其齒面、齒根彎曲強(qiáng)度進(jìn)行校核，結(jié)果滿足要求。結(jié)果表明，采用優(yōu)化設(shè)計(jì)方法后，在滿足強(qiáng)度要求的前提下，減速器的尺寸大大降低了，減少了用材及成本，提高了設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：圓柱齒輪減速器   優(yōu)化設(shè)計(jì)   懲罰函數(shù)法   中心距   常規(guī)設(shè)計(jì)

目   錄

1  序言

1.1   選題的依據(jù)及意義1

1.2   研究概況及發(fā)展趨勢1

1.3   減速器的主要類型2

1.4   減速器結(jié)構(gòu)4

1.5   圓柱齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)5

1.6  機(jī)械零件優(yōu)化設(shè)計(jì)概述5

2   二級(jí)圓柱齒輪減速器優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型的創(chuàng)建

2.1   優(yōu)化設(shè)計(jì)介紹6

2.1.1   優(yōu)化設(shè)計(jì)的意義與發(fā)展6

2.1.2   優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的選擇8

2.1.3   優(yōu)化設(shè)計(jì)中主要術(shù)語概述9

2.1.3.1   優(yōu)化方法9

2.1.3.2   設(shè)計(jì)變量9

2.1.3.3   約束條件10

2.1.3.4   目標(biāo)函數(shù)11

2.1.3.5   數(shù)學(xué)模型11

2.2   優(yōu)化設(shè)計(jì)的步驟12

2.2.1   建立數(shù)學(xué)模型12

2.2.2   選擇最優(yōu)化算法13

2.2.3   程序設(shè)計(jì)14

2.2.4   計(jì)算機(jī)自動(dòng)刷選最優(yōu)設(shè)計(jì)方案14

2.3   優(yōu)化設(shè)計(jì)與常規(guī)設(shè)計(jì)的比較14

2.4   原始數(shù)據(jù)及設(shè)計(jì)要求15

2.5   減速器輪傳動(dòng)類型的選擇15

2.6   建立優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型16

3   采用懲罰函數(shù)法進(jìn)行調(diào)優(yōu)

3.1   懲罰函數(shù)法的簡介18

3.1.1   內(nèi)點(diǎn)懲罰函數(shù)法19

3.1.2   內(nèi)點(diǎn)法的計(jì)算步驟20

3.1.3   外點(diǎn)懲罰函數(shù)法20

3.1.4   混合懲罰函數(shù)法21

3.2  二級(jí)圓柱齒輪減速器優(yōu)化程序21

4   二級(jí)圓柱齒輪減速器的設(shè)計(jì)及計(jì)算

4.1   傳動(dòng)方案的選擇22

4.2   電動(dòng)機(jī)的選擇23

4.2.1   型號(hào)的選擇23

4.2.2   功率的選擇24

4.2.3   轉(zhuǎn)速的選擇24

4.3   電動(dòng)機(jī)型號(hào)的最終確定25

4.4   傳動(dòng)裝置運(yùn)動(dòng)的計(jì)算和動(dòng)力參數(shù)的確定26

4.4.1   各軸轉(zhuǎn)速的計(jì)算26

4.4.2   各軸輸入功率的確定26

4.4.3   各軸輸入轉(zhuǎn)矩T(N•m)26

4.5  傳動(dòng)件的設(shè)計(jì)計(jì)算27

4.5.1   帶傳動(dòng)的形式和參數(shù)確定27

4.5.2   齒輪類型選擇及參數(shù)確定28

4.6   軸的設(shè)計(jì)計(jì)算36

4.7   軸的校核計(jì)算38

4.8   滾動(dòng)軸承型號(hào)的選擇38

4.9   聯(lián)接鍵的選擇及其校核39

4.10  減速器機(jī)體結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算表及附件的選擇40

4.11  潤滑方式的選擇41

4.11.1   傳動(dòng)件的潤滑41

4.11.2   滾動(dòng)軸承的潤滑42

總   結(jié)43

參考文獻(xiàn)44

致   謝45

附  錄 A46