一級(jí)圓柱齒輪減速器設(shè)計(jì)

時(shí)間：2023-04-01 04:07:35 數(shù)控畢業(yè)論文我要投稿

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　　減速器在機(jī)械產(chǎn)品中具有重要地位，下面小編為大家整理了關(guān)于一級(jí)圓柱齒輪減速器設(shè)計(jì)的論文，歡迎大家借鑒哦!

　　摘要：齒輪減速器在各行各業(yè)中十分廣泛地使用著，是一種不可缺少的機(jī)械傳動(dòng)裝置。當(dāng)前減速器普遍存在著體積大、重量大或者傳動(dòng)比大而機(jī)械效率過低的問國外的減速器以德國、丹麥和日本處于領(lǐng)先地位特別在材料和制造工藝方面占據(jù)優(yōu)勢減速器工作可靠性好使用壽命長。

　　關(guān)鍵詞：圓柱齒輪;減速器;設(shè)計(jì)

　　一、概述

　　減速器是一種由封閉在剛性殼體內(nèi)的齒輪傳動(dòng)、蝸桿傳動(dòng)或齒輪―蝸桿傳動(dòng)所組成的獨(dú)立部件，常用在動(dòng)力機(jī)與工作機(jī)之間作為減速的傳動(dòng)裝置;在少數(shù)場合下也用作增速的傳動(dòng)裝置，這時(shí)就稱為增速器。減速器由于結(jié)構(gòu)緊湊、效率較高、傳遞運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確可靠、使用維護(hù)簡單，并可成批生產(chǎn)，故在現(xiàn)代機(jī)械中應(yīng)用很廣。減速器類型很多，按傳動(dòng)級(jí)數(shù)主要分為：單級(jí)、二級(jí)、多級(jí);按傳動(dòng)件類型又可分為：齒輪、蝸桿、齒輪-蝸桿、蝸桿-齒輪等。

　　二、一級(jí)圓柱齒輪減速器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　本設(shè)計(jì)主要為一級(jí)圓柱齒輪減速器的設(shè)計(jì)，軸的設(shè)計(jì)，滾動(dòng)軸承的選擇及驗(yàn)算，鍵的選擇及強(qiáng)度校核，潤滑油及潤滑方式的選擇，密封方式的選擇以及聯(lián)軸器型號(hào)的選擇。箱體是減速器中較為復(fù)雜的一個(gè)零件，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)力求各零件之間配置恰當(dāng)，并且滿足強(qiáng)度，剛度，壽命，工藝、經(jīng)濟(jì)性等要求，以期得到工作性能良好，便于制造，重量輕，成本低廉的機(jī)器。箱體(蓋)的材料：由于本課題所設(shè)計(jì)的減速器為普通型，故常用HT15-33灰鑄鐵制造。這是因?yàn)殍T造的減速箱剛性好，易得到美觀的外形，易切削，適應(yīng)于成批生產(chǎn)箱體的設(shè)計(jì)計(jì)算。

　　三、減速器優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型

　　(一)接觸承載能力

　　如圖1所示。一對(duì)變位齒輪傳動(dòng)的接觸承載能力可用只與嚙合參數(shù)有關(guān)的接觸承載能力系數(shù)φ表示，其函數(shù)形式為(圖1)：

　　式中：a'―嚙合中心距;u―齒數(shù)比;β―分度圓螺旋角;αt―端面壓力角;α't―端面嚙合角;Kv―動(dòng)載系數(shù);Kv=1+0.07vz1/100;v―齒輪圓周速度;z1―小齒輪齒數(shù)。

　　由上式可知，齒輪的接觸承載能力系數(shù)φ僅與u、 β、α't有關(guān)，當(dāng)嚙合中心距a'和模數(shù)m已定時(shí)，端面嚙合角α't的表達(dá)式為：cosα't= z1+z2z1+z2+2yt cosα t 式中：yt―中心距分離系數(shù)，yt(a'-a)/m;a―標(biāo)準(zhǔn)中心距。

　　(二)設(shè)計(jì)變量的確定

　　將影響齒輪接觸承載能力系數(shù)的獨(dú)立參數(shù)列為設(shè)計(jì)變量，即： x=[x1x2x3x4]T=[u1βyt1yt2]T 式中：u1―高速級(jí)的齒數(shù)比;yt1，yt2―分別為高速級(jí)和低速級(jí)齒輪傳動(dòng)的中心距分離系數(shù)。

　　(三)目標(biāo)函數(shù)的確定

　　該問題要求提高高速級(jí)和低速級(jí)齒輪傳動(dòng)的承載能力，同時(shí)要求兩級(jí)傳動(dòng)達(dá)到等強(qiáng)度，所以這是一個(gè)具有三個(gè)指標(biāo)的多目標(biāo)函數(shù)問題�？梢詫⒏咚偌�(jí)和低速級(jí)齒輪傳動(dòng)的承載能力系數(shù)轉(zhuǎn)化為第一、二個(gè)分目標(biāo)函數(shù)：

　　四、MATLAB優(yōu)化理論與程序設(shè)計(jì)

　　非線性規(guī)劃的一個(gè)重要理論是1951年Kuhn-Tucker最優(yōu)條件(簡稱KT條件)的建立。與線性規(guī)劃相比，非線性規(guī)劃軟件還不夠完善. 但是已有大量求解非線性規(guī)劃問題的軟件。LANCELOT是由Conn、Gould和Toint研制的解大規(guī)模最優(yōu)化問題的軟件包，適合求解無約束最優(yōu)化、非線性最小二乘、邊界約束最優(yōu)化和一般約束最優(yōu)化問題。這個(gè)軟件的基本思想是利用增廣Lagrange函數(shù)來處理約束條件，在每步迭代中解一個(gè)邊界約束優(yōu)化子問題，其所用的方法結(jié)合信賴域和投影梯度等技術(shù).MINPACK是美國Argonne國家實(shí)驗(yàn)室研制的軟件包，適合求解非線性方程組和非線性最小二乘問題，所用的基本方法是阻尼最小二乘法。PROCNLP是SAS軟件公司研制的SAS商業(yè)軟件中OR模塊的一個(gè)程序，這個(gè)程序適合求解無約束最優(yōu)化、非線性最小二乘、線性約束最優(yōu)化、二次規(guī)劃和一般約束最優(yōu)化問題.TENMIN是Schnabel等研制的解中小規(guī)模問題的張量方法軟件.現(xiàn)在有成熟的解非線性最優(yōu)化問題的軟件有：Lingo，CONOPT(非線性規(guī)劃)，DOT(優(yōu)化設(shè)計(jì)工具箱)，Excel and Quattro Pro Solvers(線性，整數(shù)和非線性規(guī)劃)，F(xiàn)SQP(非線性規(guī)劃和極小極大問題)，GRG2(非線性規(guī)劃)， LBFGS(有限儲(chǔ)存法)，LINDO(線性、二次和混合整數(shù)規(guī)劃)，LSSOL(最小二乘和二次規(guī)劃)，MINOS(線性和非線性規(guī)劃)，NLPJOB(非線性多目標(biāo)規(guī)劃)， OPTPACK(約束和無約束最優(yōu)化)，PETS(解非線性方程組和無約束問題的并行算法)，QPOPT(線性和二次規(guī)劃)，SQOPT(大規(guī)模線性和凸二次規(guī)劃)，SNOPT(大規(guī)模線性、二次和非線性規(guī)劃)，SPRNLP(稀疏最小二乘，稀疏和稠密非線性規(guī)劃)，SYSFIT(非線性方程組的參數(shù)估計(jì))，TENSOLVE(非線性方程組和最小二乘)， VE10(非線性最小二乘)等。

　　五、利用MATLAB優(yōu)化工具箱求解

　　利用MATLAB優(yōu)化工具箱來求解最優(yōu)化問題，可以節(jié)省編制優(yōu)化程序的時(shí)間。在用此工具箱解優(yōu)化問題時(shí)，我們只需利用文件編輯器來編寫目標(biāo)函數(shù)及約束函數(shù)的M文件，然后調(diào)用相應(yīng)的優(yōu)化函數(shù)，系統(tǒng)即可自動(dòng)運(yùn)行求出最優(yōu)解，對(duì)于無約束的優(yōu)化問題只需在命令窗口中輸入相應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)及初值，直接調(diào)用相應(yīng)函數(shù)即可。MATLAB工具箱還提供給我們各種形式的輸出結(jié)果。如我們將options設(shè)置為1時(shí)，就可以以表格的形式輸出優(yōu)化結(jié)果，其中包含了迭代次數(shù)、各個(gè)迭代階段的函數(shù)值等。利用option參數(shù)還可以實(shí)現(xiàn)選擇主要算法、選擇搜索方向算法、控制有限微分梯度計(jì)算中變量x擾動(dòng)的水平等功能。

　　結(jié)束語：

　　程序設(shè)計(jì)的原則和選擇設(shè)計(jì)步驟與一級(jí)減速器的設(shè)計(jì)順序相同，并對(duì)強(qiáng)度公式作了嚴(yán)格的比較，加以挑選，對(duì)多數(shù)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。優(yōu)化設(shè)計(jì)的程序比較靈活，可根據(jù)需要進(jìn)行變動(dòng)設(shè)計(jì)變量，優(yōu)化后可明顯提高承載能力。此程序可根據(jù)實(shí)際情況變動(dòng)設(shè)計(jì)變量，除用一級(jí)、還可用二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)或非標(biāo)準(zhǔn)直齒、斜齒圓柱齒輪減速器的設(shè)計(jì)。

　　參考文獻(xiàn)：

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　　[5] 吳宗澤.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)(下冊(cè)).機(jī)械工業(yè)出版社.2008年.

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