减速器优化设计论文[5篇模版]

第一篇：减速器优化设计论文

1.总体方案设计优化

结构优化的概念较早就已经提出。结构优化设计的任务在于对结构方式和外形尺寸等因素做参考进行优化设计。计算工作量较大，在计算机完全替代人工计算后，使这种方法的应用逐步变得广泛。我们把系统的设计限制来作为优化设计的束条件，将设计变量以及性能变量的一组不等式表示了出来，将可以反映设计要求的数值作为目标的函数，运用数学的方法和手段得到了满足全部条件且使目标函数为最佳的设计变量。这既是总体的设计优化方案思路也是该设计的精髓。

针对不同的设计问题，其最优设计程序通常是基本相同的，首先应当了解结构的技术以及使用的要求，完成基本布局。此后再用一组设计变量来表述结构的尺寸以及物理性能等变量，此后可以写出关于设计变量的荷载函数。并能够建立起结构分析的方法，最终形成设计变量的一种约束方程，也可以说对设计变量值进行限制。在完成最优化方案之前，应当用公式来给出一个判别指标，也就是目标函数作为设计变量的函数。使之最小的一组设计变量也将成为为最优方案。

2.减速器齿轮箱体的优化设计

本论文的优化目的在于在齿轮箱结构满足强度和刚度的基础上，进行减轻重量，并完成合理均匀分布应力的优化工作。我们提出的优化具体设计为：

第一步，针对结构确定设计方案，并通过CAD软件进行建模。

第二步，通过CAD软件和有限元分析软件的连接传递到有限元分析软件中，并获得相关的应力以及位移等参数。

第三步，据实际情况进一步确定优化目的，对设计进行计算结果分析和比较，明确能够修改的结构参数。

第四步，通过修改参数，重新进行分析，并通过这种方法获得结构参数以及相应的响应值。并完成最佳参数的选取，同时得到更加科学合理的结构和尺寸。

我们做出的优化主要是针对箱体的质量的。即在外载荷不变而且不改变结构布局的前提下，对齿轮箱进行优化。将重量当作优化的目标函数，采取结构优化设计技术能够在确保质量的情况下，有效节约成本，提高质量。实现安全性、可靠性、节约型等多个层面的兼顾。因为结构布局和材料是固定不变的，所以箱体结构也是不发生变化的，仅仅是把箱体的具体部位厚度作为设计变量，用箱体工作结构的最大位移作为状态变量，把结构的质量当作目标函数。也可以说是在原设计的基础上，不对其做大的调整和改变，仅仅是对结构最大允许最大范围进行调整，达到箱体最轻的优化设计效果。引入边界条件的方法，考虑边界条件。在边界条件发生改变时，场变量函数并不需要改变，这对于通用程序有大的简化。

3.减速器优化设计的数学模型

3.1目标函数

目标函数为A=min{f(x)} =min{f(x1, x2,…, xn)}其中： A为减速器总的中心距离，也就是各中心距的综合；x为设计变量(包含中心距和螺旋角以及齿数、模数等等)； n为变量的数目。

3.2约束条件

约束条件是用来判别目标函数当中变量的取值可行与否的规定，所以减速器优化设计中提出的任何一个方案都必须满足所有的约束条件的变量所构成。在给出优化设计的约束条件的情况下，需要从各个方面进行周密的考虑。比如设计变量本身的取值要求；齿轮和零件的紧密程度等等。一般来说要充分考虑到以下几个约束条件:

一是离散性约束。其中包括齿数，也就是每个齿轮的齿数需要是整数；模数：要求齿轮模数必须符合模数系列(GB1357-78)的要求；中心距：要以10mm为单位。

二是上下界约束。螺旋角：对于直齿轮应当为零，斜齿轮取8°~15°；总变位系数：因为总变位系数能够影响齿轮承载能力，通常取0~0.8。

三是强度约束。一般是指齿轮的齿面接触强度和轮齿的弯曲强度，依据GB3480-83标准进行。强度是否达标，需要根据实际安全系数进行实践检验。

四是根切约束。为规避根切现象，规定出最小的齿数，其中直齿轮是17，斜齿轮是14到16之间。

五是干涉约束。需要中心距和齿顶圆以及轴径满足没有干涉的关系。针对三级传动的减速器，干涉约束可以看作两个约束；第二级中心距需要比第一级大齿轮齿顶圆半径和三级小齿轮顶圆半径的总和；第三级中心距需要大于第二级大齿轮顶圆半径和第四轴半径的综合。二级齿轮传动以此类推。在完成优化设计后，能够可以获得响应，并直观地显示出参数的变化对函数的影响

4.结语

优化设计是在机械设计的发展和延伸，需要以传统设计为基础，考虑了传统设计所涉及的各个关键因素。目前，在实际应用当中已经发挥了很好的技术和经济成效，有效地减少了用材和成本，提升了设计质量以及效率，对于发挥减速器最佳性能足有重要的作用。

第二篇：减速器设计方法优化策略论文解读

减速器设计方法优化策略论文

摘要：减速器是各类机械设备中广泛应用的传动装置。减速器设计的优劣直接影响机械设备的传动性能。本文通过对两种减速器主要优化设计方法的分析，提出了减速器设计中应考虑的约束条件、目标函数和变量等。关键词：减速器优化设计

传统的减速器设计一般通过反复的试凑、校核确定设计方案，虽然也能获得满足给定条件的设计效果，但一般不是最佳的。为了使减速器发挥最佳性能，必须对减速器进行优化设计，减速器的优化设计可以在不同的优化目标下进行。除了一些极为特殊的场合外，通常可以分为从结构形式上追求最小的体积(重量)、从使用性能方面追求最大的承载能力、从经济效益角度考虑追求最低费用等三大类目标。第一类目标与第二类目标体现着减速器设计中的一对矛盾，即体积(重量)与承载能力的矛盾。在一定体积下，减速器的承载能力是有限的；在承载能力一定时，减速器体积(重量)的减小是有限的。由此看来，这两类目标所体现的本质是一样的。只是前一类把一定的承载能力作为设计条件，把体积(重量)作为优化目标；后一类反之，把一定的体积(重量)作为设计条件，把承载能力作为优化目标。第三类目标的实现，将涉及相当多的因素，除减速器设计方案的合理性外，还取决于企业的劳动组织、管理水平、设备构成、人员素质和材料价格等因素。但对于设计人员而言，该目标最终还是归结为第一类或第二类目标，即减小减速器的体积或增大其承载能力。

一、单级圆柱齿轮减速器的优化设计

单级主减速器可由一对圆锥齿轮、一对圆柱齿轮或由蜗轮蜗杆组成，具有结构简单、质量小、成本低、使用简单等优点。但是其主传动比i0不能太大，一般i0≤7，进一步提高i0将增大从动齿轮直径，从而减小离地间隙，且使从动齿轮热处理困难。单级主减速器广泛应用于轿车和轻、中型货车的驱动桥中。单级圆柱齿轮减速器以体积最小为优化目标的优化设计问题，是一个具有16个不等式约束的6维优化问题，其数学模型可简记为： minf(x)x=[x1x2xj(x)≤0(j=1，2，3∧，16)

6]T∈R6S.t.g采用优化设计方法后，在满足强度要求的前提下，减速器的尺寸大大地降低，减少了用材及成本，提高了设计效率和质量。优化设计法与传统设计密切相关，优化设计是以传统设计为基础，沿用了传统设计中积累的大量资料，同时考虑了传统设计所涉及的有关因素。优化设计虽然弥补了传统设计的某些不足，但该设计法仍有其局限性，因此可在优化设计中引入可靠性技术、模糊技术，形成可靠性优化设计或模糊可靠性优化设计等现代设计法，使工程设计技术由“硬”向“软”发展。

二、混凝土搅拌运输车减速器的优化设计 1.主要参数

混凝土搅拌运输车搅拌筒(罐)的设计容积为8～10m3，最大安装角度12°，工作转速2～4r/min和10～12r/min(卸料时的反向转速)；减速器设计传动比131∶1，最大输出转矩60kN·m，要求传动效率高、密封性好、噪声低、互换性强。2.2结构设计主要包括前盖组件、被动轮组件、第一级行星轮总成、第二级行星轮总成、机体中部组件和法兰盘组件6大部分。机体间采用螺栓和销钉连接与定位，机体与内齿圈之间采用弹性套销的均载机构。为便于用户在使用时装配与拆卸，减速器主轴线与安装面设计有15°的倾角，法兰盘轴线可以向X、Y和Z方向摆动±6°，并选用专用球面轴承作为支承。轴承装入行星轮中，弹簧挡圈装在轴承外侧且轴向间隙≤0.2mm，减速器最大外形尺寸467mm×460mm×530mm，总质量(不含油)为290kg。2.传动系统设计

该减速器采用3级减速方案：第一级为高速圆柱齿轮传动，其余两级为NGW型行星齿轮传动。其中，第二、三级分别有3个和4个中空式行星轮，行星轮安装在单臂式行星架上，行星架浮动且采用滚动轴承作为支承；第二级行星架与法兰盘之间采用鼓形齿双联齿轮联轴器连接，混凝土搅拌运输车减速器对齿面接触疲劳强度、齿根弯曲疲劳强度和齿面磨损等要求十分苛刻，因此合理地选择变位系数和进行修形计算十分重要。

三、减速器优化设计的数学模型 1.目标函数

对于C型问题，目标函数是A=min{f(x)}=min{f(x1，x2，…，xn)}式中：A——减速器总中心距，即各级中心距之和；x——各设计变量(包括各级中心距、模数、螺旋角、齿数、齿宽和变位系数等)；n——设计变量的个数。对于P型问题，目标函数是P=max{f(x)}=max{f(x1，x2，…，xn)}。式中：P——减速器的许可承载功率；x——同C型；n——同C型。2.约束条件

约束条件是判断目标函数中设计变量的取值是否可行的一些规定，因此减速器优化设计过程中提出的每一个供选择的设计方案；都应当由满足全部约束条件的优化变量所构成。对于减速器来说，在列出优化设计的约束条件时，应当从各个方面细致周全的予以考虑。例如，设计变量本身的取值规则，齿轮与其它零件之间应有的关系等等。减速器优化设计应考虑以下约束条件：（1）设计变量取值的离散性约束齿数：每个齿轮的齿数应当是整数；模数：齿轮模数应符合标准模数系列(GB1357-78)；中心距：为避免制造和维护中的各种麻烦，中心距以10mm为单位步长。

（2）设计变量取值的上下界约束

螺旋角：对直齿轮为零，斜齿轮按工程上的使用范围取8°~15°；总变位系数：由于总变位系数将影响齿轮的承载能力，常取为0~0.8。（3）齿轮的强度约束

齿轮强度约束是指齿轮的齿面接触疲劳强度与轮齿的弯曲疲劳强度，这两项计算根据国家标准GB3480-83中的方法进行。强度是否够，根据实际安全系数是否达到或超出预定的安全系数进行检验。（4）齿轮的根切约束

为避免发生根切，规定最小齿数，直齿轮为17，斜齿轮为14~16。（5）零件的干涉约束

要求中心距、齿顶圆和轴径这三者之间满足无干涉的几何关系。对于三级传动的减速器(如图1)，干涉约束相当于两个约束：第二级中心距应大于第一级大齿轮齿顶圆半径与第三级小齿轮顶圆半径之和；第三级中心距应大于第二级大齿轮顶圆半径与第4轴半径之和。而二级齿轮传动类推。

四、结语

机械优化设计是在常规机械设计的基础上发展和延伸的新设计方法，而减速器的优化就是其中之一，是以传统设计为基础、沿用了传统设计中积累的大量资料，同时考虑了传统设计所涉及的有关因素。在实际应用中已产生了较好的技术经济效果，减少了用材及成本，提高了设计效率和质量，使减速器发挥了最佳性能。参考文献：

[1]孙元骁等著.圆柱齿轮减速器优化设计.机械工业出版社，1988.[2]胡新华.单级圆柱齿轮减速器的优化设计[J].组合机床与自动化加工技术，2006.[3]陈立平，张云清，任卫群等.机械系统动力学分析及ADAMS应用教程.清华大学出版社，2005.[4]梁晓光.优化设计方法在齿轮减速器设计中的应用[J].山西机械，2003.[5]范顺成，马治平，马洛刚.机械设计基础.机械工业出版社，2002.[6]马晓芸.混凝土搅拌车减速器制造专家[J].商用汽车杂志(CommercialVehicleMagazine)，2007，(8)：84-85

第三篇：二级斜齿圆柱齿轮减速器优化设计

二级斜齿圆柱齿轮减速机

优化设计

1.题目

二级斜齿圆柱齿轮减速机。高速轴输入功率R=6.2kW，高速轴转速n1=1450r/min，总传动比iΣ=31.5，齿轮的齿宽系数Φa=0.4；齿轮材料和热处理；大齿轮45号钢正火硬度为187～207HBS，小齿轮45号钢调质硬度为228～255HBS。总工作时间不小于10年。要求按照总中心距最小确定总体方案中的主要参数。

2.已知条件

已知高速轴输入功率R=6.2kW，高速轴转速n1=1450r/min，总传动比iΣ=31.5，齿轮的齿宽系数Φa=0.4。

3.建立优化模型

3.1问题分析及设计变量的确定

由已知条件求在满足使用要求的情况下，使减速机的总中心距最小，二级减速机的总中心距为：

aa1a2其中mn1z11i1mn2z31i22cos

mn1、mn2zz分别为高速级和低速级齿轮副的模数，1、3分

ii别为高速级和低速级小齿轮齿数，1、2分别为高速级和低速级传动比，为齿轮副螺旋角。所以与总中心距a相关的独立参数为：mn1、mn2、z1、z3、i1（i231.5）、。则设计变量可取为：

i1x=[mn1 mn2 z1 z3 i1 ]T=[x1 x2 x3 x4 x5 x6]T 3.2目标函数为

fxx1x31x5x2x4131.5x52cosx6

为了减速机能平稳运转，所以必须满足以下条件：

2mn15、3.5mn26、14z12216z322、5.8i17、815

3.3约束条件的建立 3.3.1线性不等式约束条件

g1x2x10 g2xx150 g3x3.5x20 g4xx260 g5x14x30 g6xx3220 g7x16x40 g8xx4220 g9x5.8x50 g10xx570 g11x8x60 g12xx6150

3.3.2非线性不等式约束条件

1）齿轮的接触应力不得大于许用应力值，得

H1925i113K1T1925b1i1H1 H2 H2即 i213K2T2b2i2 2 H1mn31z13i189252K1T12cos30

H2m28925KT33n232222zicos302）齿轮的弯曲应力不得大于许用弯曲应力值，得

F11.5K1T1F1bd1mn1Y2Y1F2Y2

F2F1即

F1Y13K1T11i1mn31z12cos20 F2Y23K1T1和 1i1mn31z12cos201i2mn32z32cos20 F3Y33K2T2F4Y43K2T21i2mn32z32cos20其中齿形系数的计算如下：

Y10.1690.006666z10.0000854z122Y20.1690.006666z20.0000854z2Y30.1690.006666z30.0000854z23

2Y40.1690.006666z40.0000854z43）高速级齿轮和低速级齿轮不得发生干涉，得：

mn2z31i22cosEmn1mn1z1i10

E为低速轴轴线与高速级大齿轮齿顶圆之间的距离，单位为mm。

大齿轮45号钢正火硬度为187～207HBS，查表得计算可得小齿轮45号钢调质硬度为228～255HBS H1H2518.75N/mm2，F1F3153.5N/mm2 2F2F4141.6N/mm高速轴输入功率R=6.2kW，高速轴转速n1=1450r/min，计算可得

T141690N/mm、T240440i1N/mm、查表可得：

K10.248、K21.204、Y10.248、Y20.302、Y30.256、Y40.302、E=50mm整理可得：

3g13xcos3x63.079106x13x3x50233g14xx5cos3x61.701104x2x403g15xcos2x69.939105x13x31x50232g16xx5cos2x61.70610431.5x5x2x402g17xx52x50cosx6x1x2x51x2x4x531.502g18xcos2x61.116104x13x31x50232g19xx5cos2x61.17110431.5x5x2x40

4.优化方法的选择

由于该问题有6个设计变量，19个约束条件的优化设计问题，采用传统的优化设计方法比较繁琐，比较复杂，所以选用Matlab优化工具箱中的fmincon函数来求解此非线性优化问题，避免了较为繁重的计算过程。5.数学模型的求解

5.1.1将已知及数据代入上式，该优化设计的数学优化模型表示为：

minfxx1x31x5x2x4131.5x52cosx6

Subject to: 4 g1x2x10g2xx150g3x3.5x20g4xx260g5x14x30g6xx3220g7x16x40g8xx4220g9x5.8x50g10xx570g11x8x60g12xx61503g13xcos3x63.079106x13x3x50233g14xx5cos3x61.701104x2x403g15xcos2x69.939105x13x31x50232g16xx5cos2x61.70610431.5x5x2x402g17xx52x50cosx6x1x2x51x2x4x531.502g18xcos2x61.116104x13x31x50232g19xx5cos2x61.17110431.5x5x2x40

5.1.2运用Matlab优化工具箱对数学模型进行程序求解

首先在Matlab优化工具箱中编写目标函数的M文件 myfun.m,返回x处的函数值f：

function f = myfun(x)f=(x(1)*x(3)*(1+x(5))+x(2)*x(4)*(1+31.5/x(5)))/(2*cos(x(6)))由于约束条件中有非线性约束，故需要编写一个描述非线性约束条件的M文件myobj.m：

function[c,ceq]=myobj(x)c=[2-x(1);x(1)-5;3.5-x(2);x(2)-6;14-x(3);x(3)-22;16-x(4);x(4)-22;5.8-x(5);x(5)-7;8-x(6);x(6)-15;(cos(x(6)))^3-3.079*10^(-6)*x(1)^3*x(3)^3*x(5);x(5)^2*(cos(x(6)))^3-1.701*10^(-4)*x(2)^3*x(4)^3;(cos(x(6)))^2-9.939*10^(-5)*x(1)^3*x(3)^3*(1+x(5));x(5)^2*(cos(x(6)))^2-1.706*10^(-4)*(31.5+x(5))*x(2)^3*x(4)^2;x(5)*(2*(x(1)+50)*(cos(x(6)))^2+x(1)*x(2)*x(5))-x(2)*x(4)*(x(5)+31.5);(cos(x(6)))^2-1.116*10^(-4)*x(1)^3*x(3)^2*(1+x(5));x(5)^2*(cos(x(6)))^2-1.171*10^(-4)*(31.5+x(5))*x(2)^3*x(4)^2];ceq=[];最后在command window里输入： x0=[3;4;20;20;6;10];%给定初始值

[x,fval,exitflag,output]=fmincon(@myfun,x0,[],[],[],[],[],[],@myobj)%调用优化过程

5.1.3最优解以及结果分析运行结果如下图所示：由图可知，优化后的结果为：

x=[2.0471 3.6059 18.5067 16 5.8 8] f(x)= 3.1742e+03 圆整得：

x=[2 3.5 19 16 5.8 8] f(x)= 3.1750e+03 6.结果对比分析

如按常规设计，即x=[3 5 19 17 6.3 11]，则中心距为470，相比中心距减少了32.5%。说明优化结果是成功的。7.总结体会

做优化难点在各个约束的确定，特别是非线性约束，需要对减速机的知识有较深的认识，另外Matlab软件的运用也相当重要，使用过程当中难免出现问题，要能够解决过程中出现的问题。

在将约束写进Matlab command window时要细心，不然会出现很多问题，得不到正确的结果。8.参考文献

[1]濮良贵,纪名刚.机械设计.8版.北京:高等教育出版社,2006.[2] 孙桓,陈作模,葛文杰.机械原理.7版.北京:高等教育出版社,2006.[3] 胡新华.单级圆柱齿轮减速器的优化设计【J】组合机床与自动化加工技术，2006（7）

第四篇：单级齿轮减速器机械优化设计范文

青岛理工大学琴岛学院

机械优化设计

课题名称：单级齿轮减速器的优化设计学院：机电工程系

专业班级：机械设计及其自动化143 学号学生：指导老师：

青岛理工大学教务处 2016年11月27日

《单级齿轮减速器的优化设计》说明书

摘要

机械优化设计是一种非常重要的现代设计方法，能从众多的设计方案中找出最佳方案，从而大大提高设计的效率和质量。每一种优化方法都是针对某一种问题而产生的，都有各自的特点和各自的应用领城。常用的机械优化设计方法包括无约束优化设计方法、约束优化设计方法、基因遗传算方法等并提出评判的主要性能指标。

机械优化设计的目的是以最低的成本获得最好的效益,是设计工作者一直追求的目标,从数学的观点看,工程中的优化问题,就是求解极大值或极小值问题,亦即极值问题。本文从优化设计的基本理论、优化设计与产品开发、优化设计特点及优化设计应用等方面阐述优化设计的基本方法理论。

关键词：机械优化设计；优化方法；优化应用。

摘要.........................................................II 1设计任务.....................................................1 2 齿轮的传统设计..............................................2 3优化设计的数学模型...........................................7

3.1确定设计变量和目标函数................................................7 3.2确定约束条件..........................................................7 Matlab计算机程序............................................9 5结果分析....................................................11 参考文献.....................................................12

《单级齿轮减速器的优化设计》说明书

1设计任务

设计如图2-40所示的单级直齿圆柱齿轮减速器，其齿数比u3.2，工作寿命要求10年两班制，原动机采用电动机，工作载荷均匀平稳，小齿轮材料为40Cr,调质后表面淬火，齿面硬度HB=235~275，[H]1531MPa,[F]1297.5MPa,大齿轮材料为45钢，调质，齿面硬度为HB=217~255，[H]2513MPa，[F]2251.4MPa，载荷系数k=1.3，P=28KN，n=1440rad/min要求在满足工作要求的前提下使两齿轮的重量最轻。

《单级齿轮减速器的优化设计》说明书齿轮的传统设计

一、按齿面接触疲劳强度设计(1)由式子试算小齿轮分度圆直径，即

d131）

2KH1T1d*u1ZHZEZ2*()[H] u[H]确定公式中的各参数值

1.试选KH11.3

2.计算小齿轮传递的转矩。

T19.55106P/n9.5510628/1440Nmm18.569104Nmm

3.查表并查图选取齿宽系数d1，区域系数ZH2.5，材料的弹性影响系数ZE189.8MPa，4.计算接触疲劳强度用重合度系数Z*a1arccos[z1cos/(z12ha)]arccos[24cos20/(2421)]29.841*a1arccos[z2cos/(z22ha)]arccos[77cos20/(7721)]23.666

[z1(tana1tan`)z1(tana2tan`)]/2

[24(tan29.841tan20)77(tan23.666tan20)]/21.711Z441.7110.873 335.计算接触疲劳强度许用应力[H]

查图得小齿轮和大齿轮测接触疲劳极限分别为[Hlm1]590MPa、[Hlm2]540MPa

计算应力循环次数：

N160n1jLh6014401(2830010）4.1472109

N 2N1/u4.147210/(77/24)1.29310查图取接触疲劳寿命系数KHN10.90、KHN20.95。

《单级齿轮减速器的优化设计》说明书

取失效概率为1%、安全系数S=1，由式子得[H]1KHN1Hlim10.90590MPa531MPaS1KHN2Hlim20.95540MPa513MPa

S1[H]2取[H]1和[H]2中的较小者作为该齿轮副的接触疲劳许用应力，即

[H]1[H]2513MPa

2）试算小齿轮分度圆直径

d132KH1T1d*u1ZHZEZ2*()u[]74.466mm421.39.94810（77/24）12.5189.80.87323()mm

1（77/24）513

（2）调整小齿轮分度圆直径 1）计算实际载荷系数前的数据准备。

1、圆周速度v。

vd1tn160100074.4661440601000m/s5.6m/s

2、齿宽b.bdd1t174.466mm74.466mm2)计算实际载荷系数Ku。

1、查表取使用系数KA1。

2、根据v5.6m/s、7级精度，查图得动载荷系数Kv1.2。

3、齿轮的圆周力。

F t12T1/d1t29.948104/74.466N4.987103NKF t1b13.32910/74.466N/m66.9N/mm100N/mm查表得齿间载荷分配系数KH1.2

《单级齿轮减速器的优化设计》说明书

4、查表用插值法查得7级精度、小齿轮相对支承非对称布置时，得齿向载荷分布系数KH1.421。由此，得到实际载荷系数

KHKAKvKHK H11.21.21.4212.0513)由式子得，可得按实际载荷系数算得的分度圆直径d1d13KH2.05174.46686.675mm KHt1.3 及相应的齿轮模数

md1/z186.675/24mm3.611mm

二、按齿根弯曲疲劳强度设计（1）由式子试算模数，即

m132KF1T1YYFaYSA*()[F]dz121)确定公式中的各参数值

1、试选KF11.3。

2、由式子计算弯曲疲劳强度用重合度系数。

Y0.250.750.250.750.688 1.7113、计算YFaYsa。[F]查图得YFa12.65、YFa22.23。应力修正系数Ysa11.58、Ysa21.76。小齿轮和大齿轮的齿根弯曲疲劳极限分别为Flim1490MPa、Flim2400MPa。弯曲疲劳寿命系数 KFN10.85、KFN20.88。取弯曲疲劳安全系数S=1.4。由式子得

[F]1KFN1Flim10.85490MPa297.5MPa S1.4KFN2Flim20.88400MPa251.4MPa S1.4[F]2 4

《单级齿轮减速器的优化设计》说明书

YFa1Ysa12.651.580.0141 [F]1297.5YFa2Ysa22.231.760.0156 [F]2251.4因为大齿轮的YFaYsa大于小齿轮，所以取 [F]YFaYsaYFa2Ysa20.0156 [F][F]22）试算模数

m132KF1T1YYFaYSA21.39.9481040.6883*()0.015622[F]dz1124

2.080mm

（2）调整齿轮模数

1）计算实际载荷系数前的数据准备。

1、圆周速度v。

dmtz12.08024mm49.92mm

vd1tn160100049..921440601000m/s3.76m/s

2、齿宽b。

bdd1149.92mm49.92mm3、宽高比b/h

**h(2hac)m1(210.25)2.080mm4.68mmd

b/h49.92/4.6810.672)计算实际载荷系数KF

1、根据v.3.76m/s，7级精度，查图得动载荷系数Kv1.08

2、由F t12T1/d1t29.948104/49.92N7.44103N，查表得齿间KAF t1/b17.44103/49.92N/mm149N/m100N/mm载荷分配系数KF1.0。

《单级齿轮减速器的优化设计》说明书

3、查表用插值法查得KH1.417，结合b/h10.67查图得KF1.34。则载荷系数为

KFKAKvKFK F11.171.421.42.333)由式子，可得按实际载荷系数算得的齿轮模数

mm13KF2.332.0802.527mm KFt1.3对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数m的大小主要取决于弯曲疲劳强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径有关，可取由弯曲疲劳强度算得的模数2.527mm并就近圆整为标准值m3mm，按接触疲劳强度算得的分度圆直径d186.675mm，算出小齿轮齿数z1d1/m86.675/328.89。取z129，则大齿轮齿数z2uz13.22992.4，取z292，z1与z2互为质数。

这样设计出的齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳强度，又满足齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费。

《单级齿轮减速器的优化设计》说明书

3优化设计的数学模型

3.1确定设计变量和目标函数

取设计变量和目标函数x[x1,x2,x3]T[m,z1,d]T，其中m为齿轮模数，z1为小齿轮齿数，d为齿宽系数。

设小齿轮分度圆直径为d1，大齿轮分度圆直径为d2，齿轮宽度为b，要求圆柱齿轮的重量最轻，也就要求体积最小，因此可建立目标函数：

f(x)（d1d22)b

4由齿数比ud2b，齿宽系数d，目标函数转化为：

d1d1f(x)（1u2（）mz1)3d48.8279x1x2x3

3.2确定约束条件

（1）边界约束条件

模数限制：2x110；齿数限制：20x240；齿宽系数限制：0.8x31.4；

（2）性能约束

（接触疲劳强度的限制：g1x)H-[H]ZHZE2KT1u1*[H]0 3udd1式中：H为齿面接触疲劳强度；K为载荷系数，K=1.3；ZH为节点区域系数，ZH=2.5；ZE为弹性影响系数，ZE=189.8，代入以上参数得g(x)377717.238xxx333125500

2KT1YFYS[F]0 32mz1d弯曲疲劳强度的限制：F-[F]

《单级齿轮减速器的优化设计》说明书

式中，为齿根弯曲疲劳强度；为齿形系数；为齿根应力校正系数。YF112.518612.51862.063，YF22.063

uz13.01794z13.0179422.70422.704Y1.97，F1

z134.6uz134.6YF11.97代入以上参数得：

g（（2x)48279412.518622.70422.063)(1.97)/(x13x2x3)2900

x23.01794x234.612.518622.70422.063)(1.97)/(x13x2x3)21003.2x23.017943.2x234.6g（（3x)48279

4《单级齿轮减速器的优化设计》说明书 Matlab计算机程序

《单级齿轮减速器的优化设计》说明书

5结果分析

(1)对比分析发现：在齿轮可靠性得到保证的前提下，优化后的目标值比原设计目标值减少24%；

(2)优化结果表明：优化方案比给定方案节省材料，降低成本，效益明显，对减速设计具有良好的参考价值。

《单级齿轮减速器的优化设计》说明书

参考文献

【1】《机械设计基础》（主编李国斌）机械工业出版社

【2】《机械制图与公差》（主编：王志泉、项仁昌；主审：金潇明）清华大学出版社

【3】《机械设计、机械设计基础课程设计》（华中理工大学王昆;主编：重庆大学何小柏；同济大学汪信远）高等教育出版社

第五篇：二级减速器设计

西南大学工程技术学院课程设计（论文）

目录引言.....................................................................................................................错误！未定义书签。2 传动装置的总体设计............................................................................................................................3 2.1电动机的选择...........................................................................................错误！未定义书签。

2.1.1电动机类型的选择.......................................................................错误！未定义书签。2.1.2电动机功率的确定.......................................................................错误！未定义书签。2.1.3确定电动机转速.............................................................................错误！未定义书签。2.2总传动比的计算和分配各级传动比.......................................................错误！未定义书签。2.3传动装置的运动和动力参数计算...........................................................错误！未定义书签。3 传动零件的设计计算..........................................................................................错误！未定义书签。

3.1第一级齿轮传动的设计计算...................................................................错误！未定义书签。3.2第二级齿轮传动的设计计算...................................................................错误！未定义书签。4 箱体尺寸计算与说明..........................................................................................错误！未定义书签。5 装配草图的设计.................................................................................................错误！未定义书签。

5.1初估轴径..................................................................................................错误！未定义书签。5.2初选联轴器..............................................................................................错误！未定义书签。5.3初选轴承..................................................................................................错误！未定义书签。5.4润滑及密封..............................................................................................错误！未定义书签。6 轴的设计计算及校核..........................................................................................错误！未定义书签。

6.1中间轴的设计计算及校核.......................................................................错误！未定义书签。6.2低速轴的设计计算及校核.......................................................................错误！未定义书签。7 滚动轴承的选择和计算......................................................................................错误！未定义书签。

7.1高速轴轴承的计算...................................................................................错误！未定义书签。7.2中间轴轴承的计算...................................................................................错误！未定义书签。7.3低速轴轴承的计算...................................................................................错误！未定义书签。8 键连接的选择和计算..........................................................................................错误！未定义书签。

8.1 高速轴与联轴器键联接的选择和计算..................................................错误！未定义书签。8.2 中间轴与小齿轮键联接的选择和计算..................................................错误！未定义书签。8.3 中间轴与大齿轮键联接的选择和计算..................................................错误！未定义书签。8.4 低速轴与齿轮键联接的选择和计算......................................................错误！未定义书签。8.5 低速轴与联轴器键联接的选择和计算..................................................错误！未定义书签。9 减速器附件的选择及说明..................................................................................错误！未定义书签。

9.1减速器附件的选择...................................................................................错误！未定义书签。9.2减速器说明..............................................................................................错误！未定义书签。10 结论...................................................................................................................错误！未定义书签。参考文献.................................................................................................................错误！未定义书签。

西南大学工程技术学院课程设计（论文）

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