随机方向法减速器优化设计学士学位论文

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1、南昌航空大学学士学位论文1绪论1.1课题的目的及意义齿轮减速器是原动机和工作机之间独立的闭式机械传动装置，能够降低原动机转速或增大扭矩，具有传递功率大，冲击小，维修方便，使用寿命长等许多优点。是一种广泛应用在工矿企业及运输，建筑等部门的机械部件。圆柱齿轮减速器传统的设计方法使：设计人员根据各种资料，文献提供的资料，结合自己得设计经验，初步订出一个设计方案，然后进行验算。但用这种方法设计出的减速器往往尺寸偏大，可能并不是最优的设计方案。因此，应用离散变量的组合型优化设计理论能将设计中的模糊因素和模糊主观信息定量化

2、，通过合理给定约束函数，目标数的地容许值，期望值及其模糊分布来求得合适的优化方案，减少用料，降低了生产成本，具有可观的经济效益。近年来，国内外齿轮传动的优化设计已有很大的发展。各类文献研究了齿轮传动系统的以传递转矩最大为目标的优化设计，研究了机床变速箱齿轮的优化设计等国内在这方面也有很多研究。尽管这些研究成果不仅可以提高设计效率、设计精度、减轻设计者的工作量，而且可设计出用传统设计方法所无法得到的好方案但是人们在进行这些研究工作时，均忽略了这样一个问题，即各设计参数的随机性，他们仅仅从设计的角度出发，把设计参数

3、看成是单值的，没有考虑材料性能和载荷随机性等的影响。因此这种设计的结果只能反映在假定条件下的最优设计方案，而实际应用中由于各参数的随机性，使之成为非最优设计，至是不可行的设计方案。在设计中即要考虑设计参数的随机性，又要能进行多参数的优化设计，并能在设计后预测可靠度，是当今机械设计领域中的一个重要研究内容。为了弥补前述的不足，本文考虑各设计参数的随机性，建立r具有随机约束的单级圆柱齿轮减速器的优化数学模型。并对实例进行了优化设计所得结果符合实际，验证了该模型的正确性和可行性。-58-南昌航空大学学士学位论文1.2

4、国内外研究概况及发展趋势最优化方法在机构设计和零件设计中应用广泛，效果显著。近十年来，国内外对整台机器或某一机械系统的设计，采用最优化方法代替原来传统的设计方法也越来越多。机构的优化设计从六十年代后期开始得到学速发展，目前已经成为机构学的重要研究方向之一。齿轮传动的优化设计可概括为：当传动载荷一定时追求齿轮的体积最小，或在齿轮体积一定时追求传递的载荷最大。有时也追求齿轮传动的某项或某几项性能为最佳。齿轮传动的优化设计既可以成为但目标函数的问题，也肯已成为多目标函数问题。为使齿轮工作可靠，显然齿面的接触应力、齿轮

5、的疲劳弯曲应力应分别小于或等于许用值或保证一定得的安全裕度。为使齿轮的啮合处于较好的工作条件下，有时还把吃面同油膜厚度以及润滑油的温升也作为约束条件。另外，诸如为了避免产生根切、并保持连续啮合、避免齿轮齿顶过分变尖、均须对设计变量提出某些限制，这些限制也应最为约束条件。齿轮优化设计通常都是将齿轮的模数、齿数、尺宽、螺旋角以及传动比等取作设计变量。至于是否将变位系数也取做设计变量，这要根据工程设计的实际需要而定。事实上，若设计变量中包括变位系数，一般就应采用整数规划或混合规划。否则，优化设计所输出的均为连续变量的

6、最优解中的齿数和模数就难于离散化（因齿数应圆整为正整数，模数应标准化）。有些工程问题，若直接采用整数规划或混合规划，往往因限制过于苛刻有可能得不到最优解。作为齿轮优化设计的另一种办法，是不把变为系数选作设计变量，这样一来，当需要随优化计算所输出的均为连续变量的最优解中的齿数和模数进行离散化时，我可引入变位系数，来调整几何关系或提高某个（或某些）齿轮的强度，从而能凑配中心矩，又能控设射计变量不越出可行域。其次，更为重要的是，这种做法一般都不至于使算法本身所得到的最优解遭到较大程度的坡坏。在机械设计中人们希望获得全

7、部最优设计点，但实际的工程问题，很少能保证满足凸性的要求，即所追求的目标函数往往具有很多个相对的极小点，因而优化的结果一般为局部最优设计点，或后退一步讲，如果这些都做不到，那么优化设计最起码也能将设计方案作出重大改进。这就是我们以前提到过的“最优化”应被理解为一个相对的概念，而不要把它决对化。实际上，如上所述，设计人员如能正确地运用最优化方法进行设计，其设计方案与传统方法比较，一定会有所改善并能避免许多盲目性，显然这刚好是工程设计人员最感兴趣的。-58-南昌航空大学学士学位论文最优化方法在机械设计中的应用，关键

8、在于试验工作要跟上，因为再好的理论也要由实践来检验，所以采用最优化方法设计出的机械产品必须通过实践来检验其可靠性。齿轮传动的优化设计可概括为：当传动载荷一定时追求齿轮的体积最小，或在齿轮体积一定时追求传递的载荷最大。有时也追求齿轮传动的某项或某几项性能为最佳。齿轮传动的优化设计既可以成为但目标函数的问题，也肯已成为多目标函数问题。为使齿轮工作可靠，显然齿面的接触应力、齿轮的疲劳弯曲应力