圆柱齿轮传动的可靠性优化设计

、摘要
机械零部件的可靠性优化设计既能定量回答产品在运行中的可靠度，又能使产品的功能参数获得优化解，是一种更具工程实用价值的综合设计方法。

本文结合圆柱齿轮减速机的可靠性优化设计，确立了相应的数学模型，得出其优化解，并通过实例计算，说明其优越性。

、设计题目
一、设计题目
圆柱齿轮传动的可靠性优化设计
内容：按可靠性优化设计方法设计一纺织机械用减速器，要求传递功率P=11KW/高速轴转速n i=200r/min，传动比i=u=5，载荷平稳，三班制工作，使用5年，设备利用率为90%要求可靠度
R=0.999。

二、设计目的
传统齿轮减速器的设计是让齿轮所承受的表面接触应力和弯曲应力乘以安全系数小于齿轮材料的许用应力，这样虽然可以保证减速器的工作要求，但是由于要满足减速器的可靠性要求安全系数一般都选的比较大，因此使物耗和成本增加。

如果采用可靠性优化设计，既能定量回答产品在运行中的可靠度，又能使产品的功能参数获得优化解，是一种更具工程实用价值的综合设计方法。

三、设计任务
1、用可靠性设计方法完成圆柱齿轮的可靠性设计；
2、利用matlab编程求解在满足一定可靠度要求下的最优解；
3、绘制优化后的齿轮零件图。

三、设计说明
一、齿轮传动的失效分析及设计准则
1、齿轮传动是依靠主动轮轮齿的齿廓，推动从动轮轮齿的齿廓来实现的。

当一对轮齿从进入啮合到脱离啮合的传动过程中，具有以下几个特点：
(1)齿轮传动是靠齿面的推压，因此作用在轮齿上的力总是指向齿面。

(2)传动过程中，轮齿上的应力是变化的，齿面上任一点的接触应力都是从无到有，从小到大，再由大变小，最后变零的。

从齿体来说，主要受到弯曲应力。

(3)在轮齿推动的过程中，除节点处是纯滚动外，齿面其余接触点均为连滚带滑，齿根部分比齿顶部分跑得慢。

根据齿轮传动的以上工作特点，齿轮传动的失效主要在轮齿部分。

轮齿的失效主要包括齿体和齿面两方面。

常见的失效形式主要有：齿体折断、齿面点蚀、齿面磨损、齿面塑性变形和齿面胶合等。

1轮齿折断
轮齿折断是指轮齿整体或局部折断的拉伤形式。

主要分两种情况：一种是疲劳折断。

疲劳折断是指齿轮在传动过程中，轮齿类似一根悬臂梁，受载后齿根处产生较大的弯曲应力，由于轮齿在交变的弯曲应力下工作，当齿轮工作一段时间，齿根弯曲应力超过材料的疲劳极限时，齿根圆角处将产生疲劳裂纹，随着应力循环次数的增加，裂纹迅速扩展，最终导致齿轮疲劳折断。

而另一种是过载折断。

过载折断是指齿轮在工作过程中有严重过载或冲击载荷的作用或者在制造安装过程中，精度差，齿轮局部受载或较大的冲击时，均可能产生过载折断。

过载折断不同于疲劳折断，其特点是断口位置不固定，断面粗糙。

2齿面点蚀
齿面点蚀是工作齿面在接触应力的长期反复作用下，其表面金属小块脱落的一种齿面失效形式。

点蚀一般首先发生在轮齿靠近节线的齿根部位，这是因为节线附近应力较大，摩擦系数也较大。

在滚滑运动中，齿根是被追越面，根据分析，互相滚滑的一对接触表面，其相对滑动时摩擦引起的初始裂纹，当两齿面相互滚动时，被追越面上的裂纹将因润滑油被挤入裂缝中而使裂纹逐渐扩展，而追越面则因滚转时将油液从裂缝中挤出，裂缝中无高压油滚。

所以裂纹不致扩展。

当被追越面上的裂纹扩展到一定限度时，即形成小块剥落，这就是点蚀。

3齿面磨粒磨损
在开式传动中或润滑不充分的时候，外界微尘物质进入啮合区而引起齿面材料的损失现象，称为齿面磨粒磨损。

表现在工作齿面上，沿滑动速度方向产生平行的线道滑痕。

4齿面塑性变形
在低速重载软齿面传动中，由于齿面间较大压力和滑动摩擦力的综合作用，使齿面材料屈服而发生塑性流动的一种齿面失效形式，称为齿面塑性变形。

齿面塑性变形的方向平行于滑动方向，由于主动轮齿面的滑动方向和滑动摩擦力的方向是背离节线的，因此主动轮齿面塑性变形是在节线附近形成沟谷，在齿顶产生飞边，而从动轮的齿面跟主动轮情况相反，在节线附近形成峰棱。

5齿面胶合
在高速或低速重载的大功率传动中，由于啮合齿面比压较大。

或。