使用MATLAB进行二级齿轮传动优化设计.doc

1、 XXX大学邮电与信息工程学院毕业设计说明书论文题目基于MATLAB进行二级齿轮传动优化设计学 号学生姓名专业班级指导教师总评成绩年 月 日目 录目 录I摘 要IAbstractII第一章 绪论11.1 课题背景及研究意义11.2 研究目的及意义11.3 国内外研究现状和发展趋势31.4 论文主要研究内容51.5 MATLAB介绍61.6 应解决的主要问题及技术要求7第二章 常规设计的二级齿轮设计82.1 常规机械设计82.2 确定传动方案92.3 高速级大小齿轮的设计102.4 低速级大小齿轮的设计12第三章 轴的设计163.1 初选轴的最小直径163.2 确定轴上零件的位置和固定方式163

2、.3 轴的校核计算17第四章 基于MATLAB二级齿轮优化设计214.1 数学模型的建立214.2 确定约束条件224.3 程序运行结果及处理23第五章 总结25参考文献26致谢28- 28 -摘 要齿轮传动因其工作可靠，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，本文主要阐述了二级斜齿轮减速器的一般设计和优化设计过程，通过对比可知优化设计的优点，在现代机械化大生产过程中所显现的优越性、经济性，对于解放设计人员的劳动重复性，给予设计人员的新的设计思路和设计理念，使之在设计过程中以更多的创造性劳动，减少其重复性劳动。在机器中应用很广1。齿轮属机械中的常用件，模

3、数和齿数等都有一定的标准系列和规定。但其参数的选用，需根据实际传动的要求进行选择和优化，使传动达到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齿轮传动的一切可能的方案中寻求最优的方案。 Matlab 是美国Mathworks 公司推出的集科学计算和图形处理为一体的科学计算语言。利用MATLAB 来求解机械设计问题,可以节省设计计算时间、降低成本、提高效率。首先，运用传统设计方法对齿轮传动进行了设计；其次在此结果的基础上，简要论述了众多现代机械设计方法中的优化设计方法，和传统机械设计方法理论相比较，并结合MATLAB在数学计算、图象处理等方面的优势，对传统设计方法得出的结果进行

4、了优化设计，得出了可靠结论。关键词：齿轮机构；MATLAB；优化设计AbstractGear transmission because of its reliable operation, long service life, the instantaneous transmission ratio is constant, high transmission efficiency, compact structure, power and speed of widely used, etc, it is widely used in the machine. Gear is commonly

5、 used in mechanical parts, modulus and teeth has certain standard series and provisions. But the selection of its parameters selection and optimization should be carried out according to the requirement of the actual transmission, transmission to meet the basic requirements under the premise of the

6、smallest, lightest weight, the structure is compact and low cost, etc. Any chance of a gear transmission scheme to seek the optimal solution.Optimization problem solving mathematical model should be established first, and then use the corresponding optimization method. The establishment of the mathe

7、matical model should be is more important than the optimization of mathematics to solve. When quantitative solution of a practical optimization problem, the first to turn this problem into a mathematical problem, namely, to establish mathematical model; Then detailed analysis was carried out on the

8、established mathematical model, choose the appropriate optimization method; According to the selected optimization method and computer program for solving.first of all, using the traditional design method for the design of The Gear mechanism; Secondly discussed on the basis of this result, many mode

9、rn mechanical design optimal design method, and compared with traditional design method of mechanical theory and combined with the the MATLAB mathematical calculations, image processing and other aspects of the advantage, the result of the traditional design method has been optimized to draw reliabl

10、e conclusions.Keywords：The Gear mechanism； MATLAB；Optimization Design第一章 绪论1.1 课题背景及研究意义MATLAB（MATrix LABoratory）是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。MATLAB的影响表现在两方面：一，传统分析方法、设计程式和教材内容在MATLAB平台上可以处理得更为简捷、精确，生动多彩。二，新的分析方法、设计程式和教材内容正在MATLAB的推动下不断地萌发。当今

11、欧美高校的理工科教材与MATLAB的关联大致分为三个层面。第一层面，完全不改变原有教材，而把应用MATLAB进行仿真试验的内容另编成册，这个层面的教材最早出现于上世纪80年代的中后期，现在仍有相当一些教材采用这种形式。第二层面，保留或稍许改变原教材内容，而把MATLAB处理教材内容的部分增添成专门的章节，这层面的教材最早在上世纪90年初出版。现今，它们已成为国外专业和专业基础教材的主流。第三层面，大幅度地摒弃了原教材中那些在计算尺时代建立起来的分析方法和设计程式，而新建了以MATLAB为基础的现代分析方法和设计程式。这类教材较晚地出现在本世纪初，至今数量也不多。至于我国，虽然MATLAB在高校

12、已经流传和应用了十多年，但就目前国内理工科专业和专业基础教材而言，包含MATLAB的教材还着实不多见。前不久，我国教育主管部门关于MATLAB作为平台计算软件的指导性意见，必将对我国高等理工科教学的发展产生重要影响，对提高我国后备人才在现代化计算平台上的创新力有十分积极的意义2。1.2 研究目的及意义齿轮传动在工程实际中应用广泛，虽然相关的设计方法及技术已经比较成熟，但依然不能完全满足现代工业对传动装置性能、效率、结构、成本、可靠性等方面的综合要求。随着计算机技术的飞速发展，以传统的设计方法为基础结合计算机软件进行齿轮传动设计变得切实可行。MATLAB优化工具箱中包含一系列优化算法和模块，可用

13、于不同领域的计算机辅助设计、分析、与应用开发，再加之其有界面友好、编程容易、调试方便等特点，是进行齿轮传动优化设计求解的有力辅助工具3。齿轮减速器现已被广泛应用于机械工程的各个领域，对于齿轮的设计以及制造方法虽然都已成熟，但是设计制造技术还比较传统，齿轮的传动设计效率一直不高，且结构比较固定。所以以二级斜齿圆柱齿轮减速器为优化对象，目标是降低齿轮之间的中心距，同时也能伴随着装置体积的减小，采用影响因子分析了主要因素对目标函数的影响水平，建立了多目标优化系统进行优化分析，所得结果对减速器装置相关参数的选择有了较为规范的参考。对于船舶、发电、采矿等重型装备上的斜齿圆柱齿轮传动机构而言，其常规的设计

14、方法通常是参照同类产品，根据客户的大概要求通过经验法、估算法确定产品的设计方案，得到的可能不是最佳的设计方案。本文以二级斜齿圆柱齿轮传动装置为研究对象。为了使该装置中心距最小、整个系统的转动惯量最小或转动体的总体积最小。采用加权因子衡量各主要因数对目标函数的影响程度，建立多目标优化模型。并利用MATLAB优化工具对其进行优化计算，对传动装置参数合理选择有重要的现实意义4。齿轮传动是利用两齿轮的轮齿相互啮合传递动力和运动的机械传动。按齿轮轴线的相对位置分平行轴圆柱齿轮传动、相交轴圆锥齿轮传动和交错轴螺旋齿轮传动。具有结构紧凑、效率高、寿命长等特点，被广泛应用于各类机械产品，并且许多专著对此进行过

15、阐释与描述。传统齿轮机构的设计方法大多是依靠分析、试凑或类比的方法来确定复杂的结构参数，这就造成了可行设计方案的纰漏，使设计变得相对被动，往往需要多次重复性的工作，才能得到较满意的结果。随着计算机技术的快速发展和优化理论的日趋成熟，最优化设计在齿轮设计上得到了实际的应用。由于齿轮系统优化设计时涉及的参数较多，计算比较复杂，应用一般的开发语言，在编程时工作量很大，在数值方面没有明显优势，而MATLAB软件弥补了这些缺陷，在优化过程中充分体现了自己的优势。齿轮减速器是原动机和工作机之间的独立的闭式传动装置，用来降低转速和增大转矩，以满足工作需要，在某些场合也用来增速，称为增速器。无须联轴器和适配器，结构紧凑。负载分布在行星齿轮上，因而承载能力比一般斜齿轮减速机高。满足小空间高扭矩输出的需要。有高的传递功率的能力，齿轮结构根据模块设计原理确定；易于使用和维护，根据技术和工程情况配置和选择材料；选用减速器时应根据工作机的选用条件，技术参数，动力机的性能，经济性等因素，比较不同类型、品种减速器的外廓尺寸，承载能力，传动效率，质量，价格等，选择最适合的减速器。广泛应用于大型矿山，港口，化工，钢铁，环保等领域，因此，为了降低减速器的成本，提高设计效率，优化设计圆柱齿轮减速器势在必行。对二级斜齿圆柱齿轮的设计约束条件进行了分析，建立了其优