機(jī)械畢業(yè)論文大專

　　機(jī)械工程專業(yè)一直是大專的熱門專業(yè)，作為一個(gè)機(jī)械學(xué)生，你是怎么寫論文的?請(qǐng)看下面：

　　圓柱齒輪減速器優(yōu)化設(shè)計(jì)

　　【摘 要】目前，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的各種類型的圓柱齒輪減速器普遍存在體積大、重量大、承載能力低、成本高和使用壽命短等問題，與國(guó)際先進(jìn)產(chǎn)品相比還有較大差距。

　　本文對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，選擇最佳參數(shù)，最終達(dá)到提高圓柱齒輪減速器承載能力、減輕重量和降低成本的目的。

　　【關(guān)鍵詞】圓柱齒輪減速器;參數(shù);承載能力;優(yōu)化設(shè)計(jì)

　　前言

　　優(yōu)化設(shè)計(jì)是20世紀(jì)60年代初發(fā)展起來(lái)的一門新學(xué)科，它將最優(yōu)化原理與計(jì)算機(jī)應(yīng)用于設(shè)計(jì)領(lǐng)域，為工程設(shè)計(jì)提供一種重要的科學(xué)設(shè)計(jì)方法。

　　采用新的設(shè)計(jì)方法，人們可以從眾多的設(shè)計(jì)方案中尋找出最佳的設(shè)計(jì)方案，從而大大提高設(shè)計(jì)的效率和質(zhì)量。

　　因此，優(yōu)化設(shè)計(jì)是現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論和方法的一個(gè)重要領(lǐng)域，它已廣泛應(yīng)用于各工業(yè)部門。

　　圓柱齒輪減速器是一種使用非常廣泛的傳動(dòng)裝置，由于國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的各種類型的圓柱齒輪減速器普遍存在體積大、重量大、承載能力低、成本高和使用壽命短等問題，可以利用現(xiàn)代設(shè)計(jì)理論對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

　　1、優(yōu)化原則與數(shù)學(xué)模型

　　減速器的優(yōu)化設(shè)計(jì)一般是在給定功率P、齒數(shù)比u、輸入轉(zhuǎn)速n以及其它技術(shù)條件和要求下，找出一組使減速器的某項(xiàng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)達(dá)到最優(yōu)的設(shè)計(jì)參數(shù)。

　　不同類型的減速器，選取的設(shè)計(jì)變量是不同的。

　　對(duì)于展開式直齒圓柱齒輪減速器來(lái)說，設(shè)計(jì)變量可取齒輪齒數(shù)、模數(shù)、齒寬、螺旋角以及變位系數(shù)等。

　　根據(jù)減速器的工作條件和設(shè)計(jì)要求不同，目標(biāo)函數(shù)也不同。

　　當(dāng)減速器的中心距沒有要求時(shí)，可取減速器的最大尺寸最小或取重量最輕作為目標(biāo)函數(shù)。

　　設(shè)m為減速器殼體內(nèi)零件的總質(zhì)量，l為最大尺寸，則目標(biāo)函數(shù)的形式為

　　減速器類型、結(jié)構(gòu)形式不同，約束函數(shù)也不完全一樣。

　　但一般包括以下幾方面的內(nèi)容：

　　(1)邊界約束：如最小模數(shù)，不根切的最小齒數(shù)，螺旋角，變位系數(shù)，齒寬系數(shù)的上、下界等的限制。

　　(2)性能約束：如接觸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度、總速比誤差、過渡曲線不發(fā)生干涉重合度、齒頂厚等的限制。

　　2、單極圓柱齒輪減速器的優(yōu)化設(shè)計(jì)

　　如圖1所示：?jiǎn)螛O圓柱齒輪減速器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。

　　已知齒數(shù)比為u，輸入功率為P，主動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)速為n1。

　　求在滿足零件的強(qiáng)度和剛度條件下，使減速器體積最小的各項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)。

　　3、結(jié)束語(yǔ)

　　本文對(duì)減速器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，在保證齒輪傳動(dòng)強(qiáng)度要求，給定中心距要求，及結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等要求下，以減速器體積最小為目標(biāo)函數(shù)來(lái)建立優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，能有效的減少原材料的應(yīng)用以及發(fā)揮材料的最優(yōu)性能。

　　【參考文獻(xiàn)】

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　　一級(jí)圓柱齒輪減速器設(shè)計(jì)

　　[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(guó)外的減速器以德國(guó)、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(shì)減速器工作可靠性好使用壽命長(zhǎng)。

　　[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(chǎng)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(jiǎn)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：?jiǎn)渭?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(rùn)滑油及潤(rùn)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。

　　可以將高速級(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(jiǎn)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(wú)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(lái)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(guó)Argonne國(guó)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(wú)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(wú)約束最優(yōu)化)，PETS(解非線性方程組和無(wú)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(lái)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(lái)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(wú)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(yǔ)

　　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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