黑龙江商学院学报自然科学版第卷第期。地。年月一级圆柱齿轮减速器的优化设计阎鹏妮黄群刘树纯商业机械系嫩江县机械厂摘要遵循减速器设计的一般步骤,按级间等强度和求最大强度进行优化,建立了一个实用的一级圆柱齿轮减速器的优化设计程序。经优化设计后可明显提高承载能力。程序通用性较强,计算速度快。关键词优化目标,等强度优化,设计变量,优化设计优化目标一般齿轮传动用齿面接触强度和齿根弯曲强度来决定其承载能力。软齿面闭式钢制齿轮传动一般因齿面点蚀而失效,通常按齿面接触强度进行设计,然后按轮齿弯曲强度验算其折断的可能性,很多实例表明,按齿面接触强度设计后,齿根弯曲强度有很大余量,因此设计时,按接触强度设计,弯曲强度校核。这种设计方法有一定的主观性,其最终设计方案,在一定程度上跟设计者的设计经验有关,所以其结果不易保持最佳状态,此外如何使齿轮传动保持尺寸最小,强度最高,重量最轻等都是齿轮减速器的设计优化目标。选择优化目标应根据不同的需要来确定,对于通用齿轮减速器,一般要求它的强度高和筹澎长。选用优化设计,则能取得强度最高,承载能力最强的结果。在承载能力相同的条件下,可以减少减速器的尺寸和重量,因此优化设计常以选择强度最高为目标。这一方面已有一些文章作了论述,本文则以如何选择一级圆柱齿轮减速器传动比分配为目标分析其优化过程。等强度优化设计步骤当选定传动型式、根据功率、传动比转速等已知条件后,初步算出中距,根总传动比,合理分配传动比,再分别计算各级传动的参数,因而相应建立目标函数,进行优化计算。门选取设计变量在已知传递功率尸、总传动比,输入轴转速及工作要求的情况下,减速器的设计变量为,齿轮的模数,齿数二,齿宽系数价,螺旋角刀,变位系数,,传动比,中心距,压力角,齿顶高系数砍,径向间隙系数,齿轮材料的接触持久极限卜等。当、,。确定后,按齿面接触强最高进行优化设计。独立变量剩下。,岁、、收稿日期一一第期阎鹏鳃等一级圆柱齿轮减速器的优化设计。,士,份考虑到刀具标准化取。二。,士二,份。设计变量、刀、、。、砍、。匀建立目标函数以齿面接触应力最小作为优化目标。。。。二二二一·’‘‘气’口“乙“、乙“、乙丫丽丁产”、‘”‘护“”“、口“‘确定约束条件保证加工时不发生根切二、一⋯》二一‘。》保证齿顶不变尖齿顶厚度不小于,一仇口‘二一端面重合度要大于,为保证啮合决定端面重合度不小于。“一》不小于所希望的最小齿数。一二‘。保证啮合时不干涉,一二。,一石》心不小于所要求的最小模数。爪。一”。‘。螺旋角不大于给定的上限。刀二二一刀·大小齿轮最大滑动系数接近相等穿,△一以。一“。。》小齿轮齿根圆直径要保证轴的强度和刚度,二了一尸》满足弯曲强度条件口二一》叮‘一》满足接触强度条件、。”,,一,》数学模型单级齿轮传动优化可表达为求最优解育,刀,,曹,士,份使式值最小任口〔“,‘,,心··⋯“等龙江商学院学报自然科学版导年优化方法二欣一级圆柱齿轮减速器的优化设计的优化是多维约束优化,采用外部惩罚函数法求解,‘,尺‘。△‘二,⋯,。。尸。‘二二对‘二,⋯,,求夕使尸下一十△犷,。厂才丁一乡么专卜丁一,刀梦酬夕二,一,”令异一、,声攀一盆百求。,使荟。、△甄,、二万口,,,△蕊,,,,告娜劣盔万,,△尧,,目对一对二’△于”二△爹,“,⋯,,△蕊,二△万,,之犷〕二公〔苦‘。“‘‘“〔,。‘引气只‘,二,二刀户‘一月二〔一,门姗《。,了压‘,‘“,附附图一级减速器设计计算优化方法框图第期阎鹏鳗等一级圆柱齿轮减速器的优化设计无约束最优化求解采用法和一维搜索采用法。程序中需要的复调用的部分,几何计算,有关系数的计算,约束条件,目标函数,强度公式和两个优化过程,一维优化,法和外部惩罚函数法都作为子程序块调用。一级减速器设计计算优化方法框图如附图。计算实例以目前通用的减速器为例,在保持原中心距不变,总传动比不变,齿宽不变,材料不变,仅对各级啮合参数和传动比分配进行优化。减速器承载能力在一般情况下可提高一,个别的还可以高些。如一级圆柱齿轮减速器,传动比,承载能力只有,经优化设计计算后得,,,,模数仇,,,,实际承载能力为,比原来提高。讨论程序设计的原则和选择设计步骤与一级减速器的设计顺序相同,并对强度公式作了严格的比较,加以挑选,对多数参数进行了优化。优化设计的程序比较灵活,可根据需要进行变动设计变量,优化后可明显提高承载能力。此程序可根据实际情况变动设计变量,除用一级、还可