圓柱齒輪傳動的可靠性優(yōu)化設(shè)計_學士學位論文
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- 圓柱齒輪傳動的可靠性優(yōu)化設(shè)計_學士學位論文圓柱齒輪傳動的可靠性設(shè)計優(yōu)化
摘要
可靠性是指產(chǎn)品在規(guī)定條件下和規(guī)定時間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力�？煽啃栽O(shè)計是可靠性工程的一個重要分支，產(chǎn)品的可靠性在很大程度上取決于設(shè)計的正確性。因此產(chǎn)品的可靠性設(shè)計是保證產(chǎn)品可靠性的最重要的工作。優(yōu)化設(shè)計實質(zhì)上就是運用計算機高質(zhì)量、高速度地完成設(shè)計方案的“設(shè)計-評價-再設(shè)計”過程，是計算機輔助設(shè)計的核心技術(shù)之一。可靠性設(shè)計優(yōu)化是將可靠性設(shè)計理論與優(yōu)化技術(shù)結(jié)合起來，由此設(shè)計結(jié)果會大大改善，使優(yōu)化設(shè)計更具實際意義。
齒輪傳動是機械傳動系統(tǒng)中的重要組成部份，它對機械的動力性與經(jīng)濟性、操縱的可靠性與輕便性、傳動的平穩(wěn)性與效率都有直接的影響，隨著現(xiàn)代設(shè)計方法的開發(fā)和應(yīng)用，人們對齒輪的設(shè)計的要求越來越高。
本文以齒輪傳動系統(tǒng)為例，采用可靠性設(shè)計優(yōu)化方法，以中心距最小為設(shè)計目標，以分度圓直徑、齒數(shù)、模數(shù)、齒寬系數(shù)、螺旋升角等為約束條件建立數(shù)學模型，，在Matlab中編寫運算程序并運行，取得最優(yōu)設(shè)計結(jié)果。
最后將可靠性設(shè)計優(yōu)化結(jié)果與傳統(tǒng)的設(shè)計結(jié)果比較，結(jié)果顯示可靠性設(shè)計優(yōu)化在取得可靠最優(yōu)成果的同時，還提高了相應(yīng)的工作效率和經(jīng)濟效益。
關(guān)鍵詞：齒輪傳動、可靠性優(yōu)化設(shè)計、最小中心距
Reliability Optimization Design of Cylindrical Gear
Abstract
Reliability is indicated as the ability for finishing a set function at the appointed time and with prescribed condition ．Reliability design is an important embranchment of reliability engineering and reliability of products depends on design correctness greatly．Therefore reliability design of products is the most important factor of ensuring the reliability of products．Optimization design which is essentially the use of computers in high-quality, high-speed to complete the design of the program design - evaluation - redesign process is one of the core technologies of computer-aided design. Reliability optimization design is the unite of reliability design theory and optimum technology, according to this，the result of design will be improve greatly, optimum design have practical meaning .
The gear transmission is an important part of the mechanical drive system, and its mechanical power and economy, manipulation have a direct impact on reliability and portability, transmission smooth and efficiency, with the development of modern design methods and applications, the gear design is improving gradually.
In this paper, a gear transmission is taken as the example to investigate the reliability optimization design.The objective function is minimum center distance. The constraints are from. pitch circle diameter, number of teeth, modulus, coefficient of tooth width, helix angle. The program is realized in MATLAB software. The optimal design results are obtained. Finally, the optimization results are compared with the results with the traditional design method, results show that the reliability optimization design improves the efficiency and economic benefits beside getting the reliable results.
Keywords: Gear transmission; Reliability optimization design ; Minimum center distance
目錄
摘要 I
Abstract II
第一章 緒論 1
1.1 研究背景和意義 1
1.2 國內(nèi)外相關(guān)研究情況 1
1.3 研究內(nèi)容 2
第二章 可靠性設(shè)計理論和優(yōu)化設(shè)計理論 3
2.1可靠性設(shè)計理論 3
2.1.1可靠性設(shè)計概述 3
2.1.2應(yīng)力-強度干涉理論 3
2.1.3可靠度設(shè)計基本算法 5
2.2優(yōu)化設(shè)計理論 6
2.2.1優(yōu)化設(shè)計概述 6
2.2.2.優(yōu)化設(shè)計數(shù)學模型的建立 7
2.3可靠性設(shè)計優(yōu)化 8
2.4本章小結(jié) 9
第三章 可靠性優(yōu)化設(shè)計數(shù)學模型的建立 10
3.1確定設(shè)計變量 10
3.2目標函數(shù)的確定 10
3.3 確定約束條件 10
3.3.1齒面接觸疲勞強度的可靠度約束 10
3.3.2 齒根彎曲疲勞強度的可靠性約束 13
3.3.3 模數(shù)約束 15
3.3.4 齒數(shù)約束 15
3.3.5 齒寬系數(shù)約束 15
3.3.6 螺旋角約束 16
3.4本章小結(jié) 16
第四章 實例分析 17
4.1設(shè)計要求 17
4.2確定目標函數(shù) 17
4.3確定設(shè)計變量 17
4.4確定約束條件 17
4.4.1齒面接觸疲勞強度的可靠性約束 17
4.4.2齒根彎曲疲勞強度的可靠性約束 20
4.4.3模數(shù)約束 23
4.4.4齒數(shù)約束 23
4.4.5齒寬系數(shù)約束 23
4.4.6螺旋角約束 24
4.5可靠性優(yōu)化設(shè)計結(jié)果 24
4.6常規(guī)設(shè)計 24
4.6.1按齒面接觸疲勞強度設(shè)計 24
4.6.2按齒根彎曲強度設(shè)計 26
4.6.3幾何尺寸計算 27
4.7設(shè)計結(jié)果分析 27
4.8本章小結(jié) 28
第五章 總結(jié) 29
致謝 30
參考文獻 31
畢業(yè)設(shè)計（論文）知識產(chǎn)權(quán)聲明 33
畢業(yè)設(shè)計（論文）獨創(chuàng)性聲明 34
附錄 程序語言 35
第一章 緒論
1.1 研究背景和意義
齒輪傳動廣泛應(yīng)用于各種機械設(shè)備中，它是利用兩齒輪的輪齒相互嚙合傳遞動力和運動的機械傳動，具有結(jié)構(gòu)緊湊、效率高、壽命長等特點。齒輪傳動的隨機性是指其設(shè)計參數(shù)的隨機性，先量變后質(zhì)變，人們常常只注重“唯一性”、“正確性”，追求質(zhì)變的同時卻忽略了量變。采用可靠性優(yōu)化設(shè)計可以使齒輪的隨機 參量取值更加合理，并使其結(jié)構(gòu)更加規(guī)范。
圓柱齒輪是機械傳動系統(tǒng)中常用的零件，同時也是機械系統(tǒng)的重要傳動部件，它的質(zhì)量，體積和成本在整個設(shè)備中占有很大比重。如果在傳動過程中齒輪發(fā)生故障，會嚴重影響設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)，因此，齒輪的設(shè)計和制造都相當重要。齒輪傳動質(zhì)量的好壞直接影響整個機器性能，設(shè)計一個質(zhì)量輕，結(jié)構(gòu)可靠的齒輪傳動必大受人們的歡迎。
通常齒輪傳動的設(shè)計是將齒輪所受載荷，應(yīng)力和強度都視為定值，按一定的強度條件進行設(shè)計或校核，這種常規(guī)設(shè)計安全系數(shù)一般比較保守，不僅造成材料的浪費，增加成本，往往由于一個參數(shù)的改變，而影響其他參數(shù)的確定，并且考慮齒輪傳動的應(yīng)力，強度及各幾何參數(shù)的不確定性，引起的誤差與實際不符，也不能保證絕對的安全。設(shè)計的齒輪傳動質(zhì)量差，可靠性低，承載能力小。因此，為了使齒輪傳動設(shè)計既貼近實際工況，又有最優(yōu)方案，提出了將優(yōu)化設(shè)計和可靠性設(shè)計理論有機結(jié)合起來的全新設(shè)計方法，該方法無論是縮小尺寸，減輕質(zhì)量，提高承載能力，還是保證設(shè)計可靠性均有現(xiàn)實意義�？煽啃栽O(shè)計優(yōu)化方法認為作用在齒輪上的載荷和材料性能等都不是定值，而是隨機變量，具有明顯的離散性質(zhì)，在數(shù)學上必須用分布函數(shù)來描述，由于齒輪的載荷和材料性能等都是隨機變量，所以必須用概率統(tǒng)計的方法求解。
齒輪可靠性設(shè)計優(yōu)化認為齒輪存在一定的失效可能性，并且可以定量地回答齒輪在工作中的可靠程度，從而彌補常規(guī)設(shè)計的不足，它已成為質(zhì)量保證，安全性保證，產(chǎn)品責任預(yù)防等不可缺少的依據(jù)和手段。
1.2 國內(nèi)外相關(guān)研究現(xiàn)狀
可靠性問題引起人們的廣泛重視還是在第二次世界大戰(zhàn)期間。主要是針對當時飛機、艦艇等武器裝備中的電子設(shè)備在運輸途中經(jīng)常發(fā)生故障而失效。為此，美國的一些相關(guān)學術(shù)部門聯(lián)合成立了電子設(shè)備可靠性咨詢委員會。該委員會對電子產(chǎn)品的設(shè)計、制造、實驗、儲存、運輸及使用等各個方面作了全面的可靠性調(diào)
查研究，并發(fā)表了一些關(guān)于可靠性報告。這些報告首次比較完整地解決了可靠性的理論及研究方向，被公認為是電子產(chǎn)品可靠性理論和方法的奠基性文件。而國際性的可靠性組織于六十年代成立，1965年國際電工委員會可靠性專業(yè)委員會的成立是其標志，這使可靠性工程成為一門國際化的技術(shù)。我國在六十年代首先在電子工業(yè)部門進行可靠性技術(shù)的開拓性工作，經(jīng)過七十年代的逐步發(fā)展，到八十年代在現(xiàn)代軍工裝備的研制中開始全面推行可靠性、維修性和保障性工作，并取得了顯著的成績。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，可靠性設(shè)計在其它學科的推動下，呈現(xiàn)出全新的面貌，尤其是在可靠性設(shè)計與優(yōu)化設(shè)計的結(jié)合方面取得了很大的進步。趙彥茹根據(jù)現(xiàn)有可靠性設(shè)計理論建立了圓柱齒輪減速器的可靠性優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學模型；張佩文對非穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力等復(fù)雜工況下齒輪接觸強度進行可靠性優(yōu)化設(shè)計；李成剛等將可靠性優(yōu)化設(shè)計用于滾動軸承的計算中。將優(yōu)化法與可靠性設(shè)計法相結(jié)合用于機械設(shè)計中的論文，近幾年還是頗多的。...
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