基于matlab的齿轮优化设计说明书

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利用matlab实现齿轮滚刀快速设计

利用matlab实现齿轮滚刀快速设计

利用matlab实现齿轮滚刀齿形快速设计

随着齿轮行业发展近几十年,人们对齿轮的研究越来越

深入,其中涉及到很多高等数学的运算,在早期,工程师们

用纸笔的方式,进行大量的计算,计算过程非常复杂,工作

量非常大,所以也很辛苦。目前很多公司研发出专门针对高

等数学运算的软件,非常好用,也节省了大量的计算工作量,

不得不佩服当今科学发展的飞跃性速度。

现在我们借助matlab设计一款标准齿轮滚刀齿形:

齿轮1:m=2,z=37,α=20°,d a1=φ78,r1=37,r b1=34.77

齿轮2:z=41,d a2=φ86

这里我们借用公式

dnf=

√[d−2(h∗an−x n−x f)m n]2+4[(h∗an−x n−x f)m n /tanαt]2 (因为标准齿轮,此处x n=0,x f=0,m n=m,αt=α)

计算渐开线起始圆d nf=φ70.86,r nf=35.43

起始圆压力角α0=arccos(r b1/r nf)=11.076°,转换成弧度为

0.1933

起始圆展角(及该点渐开线函数)θ0=tanα0-α0=0.0024;

同样利用d a1=φ78, r b1=34.77计算出终止圆展角θa=0.038

我们先看齿廓部分渐开线方程组:

x=R b cosθ+R bθsinθ

y=R b sinθ-R bθcosθ

该方程组在齿轮手册中的图形解释如下:

可以看出,当l0=0时,渐开线起点在x轴上,起点在基圆,而我们一般研究时以y轴为纵坐标,且渐开线偏离y轴半个基圆弧齿厚。

所以,我们先旋转90°,即将x轴和y轴切换:

基于matlab的单级圆柱齿轮减速器优化设计

基于matlab的单级圆柱齿轮减速器优化设计

基于matlab的单级圆柱齿轮减速器优化设计

一、背景介绍

圆柱齿轮减速器是一种广泛应用于机械传动系统中的重要设备,它能够通过齿轮传递动力,并实现不同速度的转动。在工程设计中,为了提高减速器的性能和效率,优化设计是非常重要的一环。而matlab作为一种强大的数学建模和仿真工具,可以帮助工程师们进行减速器的优化设计。

二、matlab在圆柱齿轮减速器设计中的应用

在圆柱齿轮减速器的设计过程中,需要考虑诸多因素,例如齿轮的模数、齿数、齿形等。利用matlab可以借助其强大的数学计算能力,通过建立齿轮减速器的数学模型,进行优化设计。matlab还可以进行动力学分析、应力分析等方面的仿真,帮助工程师们更好地理解减速器在工作过程中的性能表现。

三、圆柱齿轮减速器的优化设计方法

1. 齿轮参数的选择

在优化设计过程中,首先需要确定减速器的工作参数,包括输入轴转速、输出轴转速、扭矩传递比等。然后根据这些参数,结合matlab的计算能力,进行齿轮参数的选择,如模数、齿数等,以满足减速器的传动需求。

2. 齿形的优化

齿轮的齿形对于减速器的传动性能具有重要影响,通过matlab可以进行齿形的优化设计,以确保齿轮的传动效率和传动平稳性。

3. 传动效率的分析

传动效率是评价减速器性能的重要指标之一,利用matlab可以进行减速器传动效率的分析,找出影响传动效率的因素,并进行优化设计,

提高减速器的传动效率。

4. 结构强度的分析

除了传动效率外,减速器的结构强度也是需要考虑的重要因素。matlab可以进行减速器的结构强度分析,找出可能存在的弱点并进行设计改进,以保证减速器的结构强度和稳定性。

齿轮故障动力学仿真matlab-概述说明以及解释

齿轮故障动力学仿真matlab-概述说明以及解释

齿轮故障动力学仿真matlab-概述说明以及解释

1.引言

1.1 概述

齿轮是机械传动中常用的零部件,其在各种机械设备中起着至关重要的作用。然而,由于工作环境的恶劣以及长期使用的磨损,齿轮可能出现故障,导致机械设备的性能下降甚至损坏。为了更好地理解齿轮故障的动力学特性,可以通过仿真技术来模拟和分析齿轮系统的运行状态,并及时发现潜在的故障点。

本文将介绍齿轮故障动力学仿真在MATLAB中的应用,通过分析齿轮系统的动态特性,探讨不同故障模式对系统性能的影响,从而为齿轮故障诊断和预防提供有益的参考。通过本文的研究,我们希望能够加深对齿轮故障动力学的理解,提高齿轮系统的可靠性和安全性。

1.2 文章结构

文章结构部分的内容如下:

文章结构包括以下几个部分:

1. 引言:介绍文章的背景和研究意义,引出文章的主题和研究内容。

2. 正文:分为两个部分,分别是齿轮故障动力学简介和MATLAB在齿轮故障动力学仿真中的应用。在齿轮故障动力学简介部分,将介绍齿轮故障动力学的基本概念和原理,为读者提供必要的背景知识。在MATLAB 在齿轮故障动力学仿真中的应用部分,将详细介绍MATLAB在该领域的具体应用及其优势。

3. 结论:总结文章的主要内容和研究成果,对研究进行评价和展望未来的研究方向。

通过以上部分的内容安排,读者可以清晰地了解整篇文章的主要结构和内容安排,帮助他们更好地理解和阅读文章。

1.3 目的

本文的主要目的在于探讨利用MATLAB进行齿轮故障动力学仿真的

方法和技术。通过对齿轮系统中可能出现的不同故障情况进行建模和仿真,我们可以更好地理解齿轮系统的运行机理,并且能够快速有效地诊断和解决齿轮故障问题。同时,本文也旨在为工程师和研究人员提供一个基于MATLAB的齿轮故障动力学仿真平台,帮助他们更好地分析和优化齿轮系统的性能,推动齿轮传动技术的发展和应用。通过本文的研究,我们希望能够为齿轮系统的设计、运行和维护提供更加有效的工程解决方案,提高齿轮系统的可靠性和稳定性。

基于MATLAB活齿传动尺寸优化建模

基于MATLAB活齿传动尺寸优化建模

基于MATLAB的活齿传动尺寸优化建模

摘要:在重载,高速比的设计要求条件下。滚柱活齿减速器较一般齿轮减速器具有明显的优势。matlab具有强大的数学处理能力,通过在matlab中建立滚柱活齿减速器基本传动尺寸优化设计的数学模型,为活齿减速器设计模块化提供了一种可行性。

关键词:滚柱活齿减速器 matlab 数学建模

中图分类号:g642 文献标识码:a 文章编号:1673-9795(2013)04(b)-0178-02

传统机械装置是建立在齿轮、蜗轮或者螺纹传动理论基础上的。无齿轴承减速器(或叫“活齿减速器”)事实上为谐波传动机构的一种应用,但是以滚动体:滚珠或者滚子替代齿轮的轮齿和谐波传动中的柔轮。它同时兼有轴承和减速器的功能。活齿轴承减速器中的滚动体配合相应滚道,恰好复制了齿轮齿廓啮合特征。国内外学者对于滚柱活齿传动都进行了大量的研究工作[1~3]。

1 传统设计方法

在符合设计要求的情况下,应满足连续传动条件,不发生楔死现象。为达到理想最大重合度的基本尺寸进行计算,一般步骤如下:(2)计算满足连续传动条件[1]约束条件的偏心距和。根据表1[1]确定偏心距(见表1)。

传统设计存在需要反复代入滚子半径和轴承外圈半径检验是否

符合连续约束条件,然后确定具体综合尺寸参数的繁杂计算过程,加大了设计工作量,浪费大量的时间。

2 在matlab中建立优化设计数学模型

2.1 优化目的

然而在密切圆弧齿廓进行替代的设计过程中,没有在设计之初考虑需要达到理想最大重合度的设计要求,即没有考虑连续传递的约束条件。通过matlab的强大数学功能,对以上约束条件进行联立,建立目标函数,求得同时满足连续传动条件和密切圆弧齿廓替代设计要求的偏心距a和转臂轴承外圈半径b最优解,同时分析参数a 和b对连续传动约束条件的影响。

基于MATLAB的齿轮传动优化设计与应用

基于MATLAB的齿轮传动优化设计与应用

第17卷第4期 湖南工程学院学报 Vo1.17.No .4

2007年12月 Journal

of Hunan I nstitute of Enginee ring Dec .

2007

收稿日期6作者简介黄晓东(),男,硕士,讲师,研究方向机械设计制造及自动化基于MAT LAB 的齿轮传动优化设计与应用

黄晓东,王月梅

(江西理工大学应用科学学院,江西赣州341000)

摘 要:研究了基于MAT LAB 平台建立齿轮传动的优化设计模型,描述了利用MAT LAB 优化工具箱解决

车床变速箱换向机构齿轮传动参数优化问题的具体方法.通过实例计算验证该方法简单有效,非常适合工程设计人员使用.

关键词:变速箱;优化设计;MAT LA B

中图分类号:TH132141 文献标识码:A 文章编号:1671-119X (2007)04-0038-03

0 引 言

齿轮属于机械中的常用件,齿轮传动具有工作可靠,使用寿命长,瞬时传动比为常数,传动效率高,结构紧凑,功率和速度使用范围广等特点,在各种机械设计中应用广泛.传统的齿轮传动设计一般是以安全系数或许用应力为基础,由于安全系数的确定,缺乏定量的数学基础,许用应力常根据材料性能、热处理工艺、工作环境等诸多因素来确定,具有明显的不确定性,因此,引入优化设计等现代设计方法可有效地改进传统设计中的不足.

齿轮的模数和齿数等都有一定的标准系列和规定.但是,其参数的选用却可根据实际传动的要求进行选择和优化,使齿轮传动达到在满足基本要求前提下的体积最小、重量最轻、结构最紧凑或成本最低等一切可能优化的方案中寻求最优的方案.

MATLAB-螺旋齿轮-斜齿轮doc资料

MATLAB-螺旋齿轮-斜齿轮doc资料

M A T L A B-螺旋齿轮-斜

齿轮

基于MATLAB的螺旋齿轮传动设计计算分析一、引言

螺旋齿轮传动由两个配对斜齿轮组成的交错轴间的齿轮传动,又称交错轴斜齿轮传动。螺旋齿轮的啮合条件是法面模数和法面压力角相等,在传动过程中由于沿齿向和齿宽方向都有相对滑动,故传动效率低,磨损快,常用于仪表和载荷不大的辅助传动中。

传动简介:

螺旋齿轮机构是用来传动两交错轴的运动的。从单个螺旋齿轮来看它与斜齿圆柱齿轮完全一样,但其与斜齿轮传动的区别是;在斜齿轮传动中,两轮的轴线是平行的,而在螺旋齿轮传动中,两轮的轴线是相错的。

传动原理:

螺旋齿轮传动是指由两个配对斜齿轮组成的交错轴间的齿轮传动,又称交错轴斜齿轮传动。

在右图的螺旋齿轮传动原理中,过两分度圆的切点作两分度圆柱的公切面,两轮轴线在该平面上投影的夹角称为轴交角[Σ]当两轮的螺旋角1、2方向相同时,|[Σ]|=|1|+|2|;当两轮的螺旋角方向

相反时,|[Σ]|=|1|-|2|。配对的螺旋齿轮传动,其法面模数必须相等;如螺旋角不相等,则它们的端面模数不相等。与平行轴间的圆柱齿轮传动一样,这种传动的传动比等于两轮齿数之反比。由于齿间的滑动速度往往很大,传动效率低,磨损快;两齿面是点接触,接触应力较大,故承载能力差,寿命较短。因此,螺旋齿轮传动仅用于传递运动或很小的动力。

传动特点:

(1)只要改变螺旋角的大小,就可以任意选择两轮的直径,以满足中心距的要求。或者当两轮的直径一定时,可以用改变螺旋角大小的办法来得到不同的传动比。

(2)设计螺旋齿轮传动时,在保持两轴原来的位置和主动轮回转方向的情况下,改变两轮的螺旋角方向,就可以改变从动轮的回转方向。

Matlab优化工具箱在齿轮传动设计中的应用

Matlab优化工具箱在齿轮传动设计中的应用

在 M fb中, aa l 约束优化问题的一般形式为 :
an ( ri, )
s_
1 机械 优化设计

由设计变量 、 标 函数和约束条件三要素构成的 目 机械优化设计问题 , 其数学模型可以表述为: 在满足 约束条件下 , 寻求一组设计变量值, 使得 目标 函数达 到最优。为 了适应 于计算机程序解题 , 一般将优化设 计的数学模型写成如下标准形式:
B sdo erlblyo er adraoa l ojc v nt nadcnt it,ted ul betema e t a moe ae nt i it f as n s nbe bet ef c o n os a s h obeojcv t macl d l h ea i g e i u i rn i h i
c n it go tem nmu w d n hemi mu c ne itn eo g asi e tb s e 。 eo t m ein i eaie yu o s i f h i i m i t a dt sn h i n m e trdsa c f er s sa l h i d t p mu d sg sr l db - h i z s gMalb Th x e me tlrsl s o sta eme o rp sd i hsp p rc ni rv ep cso d s otnte i t . ee p r na eut h w tt t dp o oe n ti ae a mpo et r iin a h re n a i h h h h e n h

基于MATLAB的最终传动的优化设计

基于MATLAB的最终传动的优化设计

Op i m e i n o h n l r n m i i n b s d o _ TLAB t mu d sg ft e f a a s s o a e n M A i t s
Sn i og a X o—l g H agY n—za , i — i i , u n u n h n WuJ j a a
综上所述 , 令设计变! , , ] =[ b , ix=[l :屯, t m,, , ]
传 动的结构形 式 主要 有外 啮合 圆柱 齿 轮 和行 星 齿轮 传动 2
种。外啮合 圆柱齿轮最终传动有单级 、 圆柱 齿轮传动 , 双级 和
内置式 、 置式最 终传动 之分。笔 者仅就单 级外 啮合直齿 圆 外 柱齿轮 的最终传 动进行优化设计 。
= 丌 2 = — 6 " m2 2 I T


c s / o o cs
., b


采用较大 的齿宽 , 但过 宽易 造成偏 载 , 一般取 b=( 7一l ) 1m ( m为齿轮模数) 。

f 5
式 := 。 合 :es co一 中 2 ; 角 ac( o ̄ 0啮 roa,。 ¥ /
( u nnar ut eu i rt, umi u nn 6 00 ,hn ) Yna gi l r nv sy K n n Yna 5 2 1C i c u ei g a

基于matlab的齿轮传动系统优化设计

基于matlab的齿轮传动系统优化设计

基于matlab的齿轮传动系统优化设计

首先,需要了解齿轮传动系统的工作原理。齿轮传动是通过齿轮的啮合传递动力和转

矩的一种传动方式。齿轮的设计和制造对齿轮传动系统的性能起着重要作用。因此,在设

计齿轮传动系统时需要考虑以下因素:

1. 齿轮的模数和压力角:模数和压力角是影响齿轮啮合效果的重要参数。在设计齿

轮时,需要根据传动效果和工作环境选择合适的模数和压力角。

2. 齿轮的材料:齿轮的材料对其承载能力和寿命有着直接影响。选用合适的材料能

够提高齿轮传动的可靠性和寿命。

3. 齿轮的精度:齿轮的精度是影响齿轮传动质量的重要因素。齿轮的精度越高,传

动效率就越高。

1. 建立齿轮运动学模型:利用Matlab建立齿轮的运动学模型,包括齿轮的轴线、基

圆半径、齿顶高度、齿根高度等参数。通过计算这些参数,可以确定齿轮传动的基本参数。

2. 计算齿轮的振动和强度:利用Matlab计算齿轮的振动和强度,预测齿轮的可靠性

和寿命。可以根据计算结果对齿轮设计进行调整,提高齿轮传动的质量。

3. 优化齿轮传动的效率:利用Matlab分析齿轮传动的效率,找到影响效率的因素,

并进行调整。可以通过改变齿轮的材料、精度等因素来提高传动效率。

总之,齿轮传动系统的优化设计是一个复杂的过程,需要综合考虑多个因素。利用Matlab进行优化设计可以提高设计效率和设计质量,为齿轮传动系统的优化提供技术支持。

基矛MATLAB的开式齿轮传动优化设计

基矛MATLAB的开式齿轮传动优化设计

则有 :
H —C∑ ∑
润滑剂 均确定 的情 况下 , 对齿 轮进 行优 化设计 , 获得 齿面磨 损量 最小 的渐开 线齿 廓是 提高开 式齿 轮使用 寿命 的关键 。
因为 C为常数 , H 取 决 于 ∑ ∑t 也 就 是取 决 于 故 ,
变位 系数 、 , E标 函数为 : 即 l
I ≥0 s] 4 )齿轮过 度 曲线 无干涉 条件 的限制
/齿 轮 g ( J 、 6
(a a2 tn ≥ O tn 一 a a )

的渐 开线齿廓 , 齿轮传 动具有 更 长的使用 寿命 , 使 是 广大工 程技术 人 员不断探 索 的问题 。本文 用 MAT — L B软件对 某机械 厂 B  ̄×7型球 磨机 的开式 齿 A M ̄3 轮传动 进行 了优化 设 计 , 到 了齿 面磨 损 量最 小 的 得 渐开线 齿廓 , 而 提高 了齿轮 的使用 寿命 。 从
Hc ( )S - z —{ /f z [ Ct O] + [ )S z z ( /f Ct O ) )
式 中 C为常 数 。令 大 、 齿 轮齿根 和 齿顶 的磨 损特 小
征 参数分 别 为 t , 2t t ' t' 。 2 l 且 z

要失效 形式 。所 以, 式 齿轮 传 动 的 寿命 主要 取 开
得到 了齿 面磨损 量最 小的渐 开线 齿廓 , 高 了齿轮 的使 用寿命 。 提

基于Matlab的齿轮传动优化设计

基于Matlab的齿轮传动优化设计

[
]
对于外点罚函数法,有
0 G [g i ( X )] = [g ( X )]2 i H h j (X g i (X ) ≥ 0 g i (X ) < 0 h j (X ) = 0 h j (X ) ≠ 0
(6)
1 有约束优化设计
在同时含有不等式约束和等式约束的机械约 束优化设计中常用罚函数法。 这种方法可靠性高, 精度高,且很适合于作维数较高的设计。 考虑约束优化问题:
所谓优化就是在处理各种事物的一切可能的 方案中寻求最优的方案。机械优化设计是把优化 理论和技术应用到机械设计中, 通过对机械零件、 机构乃至整个机械系统的优化设计,使其中某些 设计参数和指标获得最优值。绝对的最优,只有 在某些理论计算中才能达到,但对于实际的机械 优化设计,都带有一定的客观性和相对性。 Matlab 是美国 Mathworks 公司于 1967 年推 出的用于科学计算的可视化软件包。其方便、友 好的用户环境、强大的扩展能力使许多领域的科 学计算和工程应用节省时间、降低成本和提高效 率。
[3] 濮良贵等编.机械优化设计 [M].西安:西北工业大学出版社, 1991,6. [4] 《机械零件设计手册》编写组.机械设计手册,上册(第二版) . 北 京:化学工业出版社,1979. [5] 王沫然编. MATLAB6.0 与科学计算[M].北京:电子工业出版社, 2002,2.

基于MATLAB的齿轮传动简化设计

基于MATLAB的齿轮传动简化设计

度 H CI S齿轮传动方向( R kB 、 - I 单向、 向)螺旋角 B 双 、
以及 齿宽 系数 F。设计 的 目的是 为了得 到主从 齿轮 的 直 径 D 和 D 、 宽 b 和 b, 数 m 等 主要 结 构 齿 2模 参数 『 】 1 。在应用 M T A A L B实现 计算 机辅 助齿 轮传 动 简化设 计 过程 中 , 用 MA L B强 大 的矩 阵 运算 和 利 TA
(. c o l f r utrl n o dE gn eig S a g o gUnv ri f e h oo y 2 S h o f 1 S h o i l a dF o n ie r , h n d n ie s yo c n lg ; . c o l o Ag c u a n t T o
第 3 卷 第 5期 6
21 0 0年 1 0月
农 业 装 备 技 术
A c l r l u p n & T c n lg ut a u Eq i me t e h oo y
Vo . N . I 36 o 5
0 t 01 c .2 0
基 才 MA L B的齿 轮 传动 简化 设计 TA
关 键词 : 齿轮 传动 ; 建模 ; 简化设 计 ; T A MA L B
S m p iy he de i n fg a r n m iso as d n M ATLAB i lf t sg o e r t a s s i n b e o Li , e e u Bo Ch n W i

基于matlab的齿轮减速器优化设计

基于matlab的齿轮减速器优化设计

基于MATLAB的齿轮还原设计优化是一项具有挑战性的任务,需要深入了解齿轮动力学和有效利用MATLAB的能力。该项目的目标是优

化齿轮减速系统的设计,以在最小的能量损失下实现最佳性能。

优化过程的第一步是使用MATLAB来模拟齿轮还原系统。这涉及到

创建一个数学模型,准确代表系统的动态。模型必须考虑到每个齿轮

上的牙齿数量,齿轮比,应用于系统的扭矩,以及其他重要的参数。

一旦模型被创建,就可以用来模拟不同条件下的减速齿轮系统的性能。

为了优化齿轮减速系统的设计,可以使用MATLAB的优化工具箱。

这个工具箱提供了一系列优化算法,可以用来寻找系统参数的最佳值。这些算法可用于尽量减少能量损失,最大限度地提高效率,或者实现

任何其他性能目标。通过运行不同起始值和约束的优化算法,可以找

到减速齿轮系统的最佳设计。

除了使用MATLAB的优化工具箱外,还必须考虑减速齿轮系统的局限性和局限性。齿轮的尺寸和重量,可用的扭矩,以及理想的齿轮比都

是在优化过程中必须考虑的重要制约因素。通过将这些限制纳入优化

算法,可以实现符合所有要求的设计。

一旦找到符合性能和约束要求的设计,就必须使用MATLAB验证设计。这涉及对优化参数进行模拟,以确保减速齿轮系统如期运行。如果模

拟显示系统没有达到预期的性能目标,可能需要进一步优化或调整设

计。

利用MATLAB设计和优化减速系统是一项复杂但有益的任务。通过使用MATLAB的模型和优化能力,有可能找到一个能满足所有性能和约束要求的减速齿轮系统的最佳设计。这有助于为各种应用建立高效和可靠的减速齿轮系统。

基于MATLAB工具箱的齿轮传动优化设计

基于MATLAB工具箱的齿轮传动优化设计
维普资讯 http://www.cqvip.com
2 0 . 08 1
九 江 职 业 技 术 学 院 学 报
( 李党索:基于 MA L B工具箱的齿轮传动优化设计) TA
2 1
基 于 MA L B工 具箱 的齿轮传 动优化 设 计 TA
李党索 ,何频2 ,黄经元2
( . 中科 技 大 学 ,f l武 汉 1华  ̄;, l r 4 0 7 ;2 九 江 职业 技 术 学 院 ,江 西 九 江 30 4Fra Baidu bibliotek. 320 ) 3 0 7
中。其 中优化工具箱的应用包括 :线性 、非线性最小化 ,方 程求解 ,曲线拟 合 ,二次 规划 等问题 中大 型课题 的求 解方
法 ,为优化方法在工程中的实际应用 提供 了更方便 、快捷 的 途径。 2 MA1A 1 B优化工具箱 中有约束规划的应用
3 计算 实例 如图所示 ,试设计此带式输送机减速器 的高速级齿轮 传 动 。已知输入功率 P =1 K 1 0 W,小 齿轮转 速 n =9 0/ n l 6 rmi, 齿数 比 u . ,由电动机驱动 ,工作寿命 1 =3 2 5年 ( 每年工 作 30 ) 0 天 ,两班制 ,带式 输运 机工 作平稳 ,转 向不变 。要 求 满足正常工作条件下 的两齿轮的体积最小。
个 领域 的计算和 图形显示功能 ,已被广泛应用于教学 和科研

基于Matlab的齿轮传动压力角的优化设计分析

基于Matlab的齿轮传动压力角的优化设计分析
危 险截 面产 生弯 曲应力 和 压应 力 ,采 用处 理组 合 变形
的基 本 方 法 ( 加 法 )可 得 叠 ,
根据所确立的 目 函数和约束条件 ,属于求解有 标 约束 的一 元 函数最 小值 问题 , 准形 式 为 : i ) 标 m 。
s bt l u. o ≤ ≤ 2 。
 ̄M T A 语 肓中。 AL B 使用f i n i数求解该问题 。 mn d b  ̄ 编写如下M 文件m f 2 I yu ; n H
【 关键词 】 优化设计
齿轮传动
M tb aa l
【 文章编号 】 10 — 7X{0 6 0 — 00 0 0 3 7 3 2 0 }3 0 3 — 2
【 中图分类号】 T 3 .1 H1 2 4
【 文献标识码 】 B
引 言
高 , ( + . 齿顶圆压力角a=rcsv ̄ 齿宽6 c m。 ) ra o(/) c rr =
轮 齿 齿根 截 面所 受 的 主 应
力 o=  ̄ or r o+ o r r } t
fnt nfmyu () u ci o = fnx
f 17 . (. 5 c s )6 * o x ( ( -)2 3 . … = 0 7 / 9 *o( + 0 cs ) u x x '+ 4 8 43 2 x ( r ) ) n 5 s ( o( o( /3 /. 5 ( B )2 6 cB )2 ( n )x i a s1 c s ) )3 2 c () + 0 ( ( ) t ( - ) nc 2 x1) 9 0 x^ 0 x^ a x ;

基于MATLAB最小体积齿轮减速器的优化设计

基于MATLAB最小体积齿轮减速器的优化设计
c mp c , n ra l i l y n h r c s fo t z t n o a t a d g e t smp i i g t e p o e s o p i a i . y f mi o
[ yw r s G a d crMA L B;pi a d s n Ke o d ] er eue; T A O t l ei r m g
0 引 言
中心 距a X最小来 确定 总体方 案 中的主要 参数l 2 1 。
11 选 取 设 计 变 量 .
二级 圆柱齿 轮减速器 在工 矿企业 和农 业生产 中有
着广泛应用。 但因其体积 和结构尺寸较大 , 有时会在安装
空问较小场合使用受 到限制 。故在保证其承载能力前 提
二级斜 齿 圆柱齿 轮减速 器 的总中心距计 算式 为 :
第2 3卷 第 6期( 第 15期 ) 总 0
百度文库
机 械 管 理 开 发
MECHANI CAI MAN AGEME AND NT DEV O ME EL P NT
20 0 8年 1 月 2
D e2 0 e .0 8
V 1 3 N . ( M N . 5 o. o S o1 ) 2 6 U 0
f_h n i n tueo c a ia n lcr a gn e n c a g h 4 0 1S a x; 1S a x Isi t fMeh nc l d E eti l t a c En ie r g, h n z i 6 1 ,h n i i 0 l
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机械装备优化设计三级项目题目:基于MATLAB的齿轮优化设计的优化设计班级:12级机械装备二班

设计人员:王守东(120101010236)

荆雪松(120101010215)

武吉祥(120101010219)

一、优化设计问题分析:

所谓优化就是在处理各种事物的一切可能的方案中寻求最优的方案。机械优化设计是把优化理论和技术应用到机械设计中,通过对机械零件、机构乃至整个机械系统的优化设计,使其中某些设计参数和指标获得最优值。绝对的最优,只有在某些理论计算中才能达到,但对于实际的机械优化设计,都带有一定的客观性和相对性。

Matlab 是美国 Mathworks 公司于1967年推出的用于科学计算的可视化软件包。其方便、友好的用户环境、强大的扩展能力使许多领域的科学计算和工程应用节省时间、降低成本和提高效率。

许多机械工程设计都需要进行优化。优化过程可以分为三个部分:综合与分析、评价、改变参数三部分组成。其中,综合与分析部分的主要功能是建立产品设计参数与设计性能、设计要求之间的关系,这也就是一个建立数学模型的过程。评价部分就是对该产品的性能和设计要求进行分析,这就相当于是评价目标函数是否得到改善或者达到最优,也就是检验数学模型中的约束条件是否全部得到满足。改变参数部分就是选择优化方法,使得目标函数(数学模型)得到解,同时根据这种优化方法来改变设计参数

二、优化设计方案选择:

机械设计优化设计中常采用的优化设计方法有进退法、黄金分割法、共轭梯度法、坐标轮换法、复合形法等。下面设计一种齿轮系统,并基于Matlab对系统进行优化设计。

高速重载齿轮时常会受到加速度大、冲击载荷大、启动、制动等

的影响。因此,为保证运行的安全性和可靠性,齿轮弯曲强度的安全系数应高于接触强度的安全系数。齿轮的主要失效形式主要有:轮齿折断、齿面磨损、齿面胶合、齿面点蚀、塑性变形等。由此可见,高速重载齿轮的设计必须保证齿轮在整个工作寿命期间不失效,由于目前还没有建立起工程实际中行之有效的设计方法和设计数据,目前按照保证齿根弯曲疲劳强度和齿面接触疲劳强度两个准则来设计齿轮。 三.具体任务分工 MATLAB 制作 荆雪松

Word 王守东 武吉祥 荆雪松 PPT 王守东 四.优化设计内容与步骤 1、优化设计问题的数学建模

在同时含有不等式约束和等式约束的机械约束优化设计中常用罚函数法。这种方法可靠性高,精度高,且很适合于作维数较高的设计。

考虑约束优化问题

min f (X ) X ∈ En (1) s .t ()X g i ≥ 0 i = 1,2,...,p (2)

()X h j = 0 j = 1,2,...,q (3)

罚函数的思想是将上述约束优化问题转化为无约束优化问题,即

min ()

21,,r r X p X En

(4)

式中:r 1、r 2 分别为不等式约束和等式约束的罚因子。其中,罚函数

∑∑==++=q

1

j p 1i 1

(X)]H[h r (X)]G[g r (X)),r ,r , X (P j

(K)

2

i

(K)

21f (5)

对于外点罚函数法,有

()[]()()[]()⎪⎩⎪

⎧≥=0

g 02

<X g X g X X g G i i

i i (6)

()[]

()()[]

()⎪⎩⎪

⎧≠==0

0h 2

X h X h X h X H j j

j j (7)

显 然 , 当 n E X ∈ 在 可 行 域 时 ,()()X f r X P =21,r ,;否则,当n E X ∈不在可行域时,()()X f r r X p ≥21,,。

通常,研究设计对象后可以建立优化数学模型,给出合适的算法和程序,从而编制相应代码。

但常见的编程语言在代码生成方面需要很长时间,效率较低。而基于Matlab 优化设计工具箱解决此类工程问题则显得尤为便捷。 例题

现有一搅拌机的传动装置——单级斜齿圆柱齿轮减速器。电动机功率P =22kW ,转速n 1=970rpm 。用联轴器与高速齿轮联接,传动比i =4.6,单向传动,单班制工作,寿命10 年。试设计一体积(或质量)最小的传动方案。

2、所选择的优化方法及MatLab 程序

根据所需传递的功率和扭矩,选大、小齿轮材料均为40Cr ,高频淬火,小齿轮齿面硬度HRC50-55,大齿轮齿面硬度HRC48-53;载荷系数K =2.0。

如图 1 所示为该斜齿圆柱齿轮减速器示意图,两齿轮的体积(这里姑且只计及齿轮的体积,其余零部件也可作类似设计计算)可写作

()22212

222212121cos 444z z B m B d B d V V V n +≈+=+=β

ππ

π (8)

式中:V1、V 2 分别为小、大齿轮体积,3mm ;d 1、d 2 分别为小、大齿轮分度圆直径,mm ;z 1、z 2 分别为小、大齿轮齿数;2121//z z n n i ==;

B 1、B 2分别为小、大齿轮尺宽,mm ,为简化计算,B 1=B 2=B ;m n 为两

齿轮法向模数,mm ;β为齿轮分度圆螺旋角,°。

分析该齿轮传动的布置形式及齿面性质,取尺宽系数

8.0/1==d B ψ。因此,式(8)可化为

()

ββπ33

1

323

313cos 923.131cos 48.0z m i z m V n n =+=

(9)

取设计变量[][]T n T z m x x x X βcos ,,,,1321== ,则目标函数即可写作

()3

33231923.13-⋅⋅=x x x X f (10)

确定约束条件

(1)小齿轮不发生根切条件:

()01721≤-=x X g (11) (2)螺旋角条件:

()09903.032

≤-=x X g (12)

()09659.033≤-=x X g (13)

(3)动力传递的齿轮模数要求: ()0214

≤-=x X g (14)

(4)尺宽的要求:

()08.0161

325≤-=-x x X g (15) ()0358.01326≤-=-x x X g (16)

(5)接触疲劳强度条件:

()01017404132233

232

23

1

7≤-=x x x X g (17) (6)弯曲疲劳强度条件: 小齿轮:

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