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圓柱齒輪傳動的可靠性優化設計_學士學位論文

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更新時間：2020-09-18
發布人：白龍天舞

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圓柱齒輪傳動的可靠性優化設計_學士學位論文圓柱齒輪傳動的可靠性設計優化
摘要
可靠性是指產品在規定條件下和規定時間內完成規定功能的能力。可靠性設計是可靠性工程的一個重要分支，產品的可靠性在很大程度上取決于設計的正確性。因此產品的可靠性設計是保證產品可靠性的最重要的工作。優化設計實質上就是運用計算機高質量、高速度地完成設計方案的“設計-評價-再設計”過程，是計算機輔助設計的核心技術之一。可靠性設計優化是將可靠性設計理論與優化技術結合起來，由此設計結果會大大改善，使優化設計更具實際意義。
齒輪傳動是機械傳動系統中的重要組成部份，它對機械的動力性與經濟性、操縱的可靠性與輕便性、傳動的平穩性與效率都有直接的影響，隨著現代設計方法的開發和應用，人們對齒輪的設計的要求越來越高。
本文以齒輪傳動系統為例，采用可靠性設計優化方法，以中心距最小為設計目標，以分度圓直徑、齒數、模數、齒寬系數、螺旋升角等為約束條件建立數學模型，，在Matlab中編寫運算程序并運行，取得最優設計結果。
最后將可靠性設計優化結果與傳統的設計結果比較，結果顯示可靠性設計優化在取得可靠最優成果的同時，還提高了相應的工作效率和經濟效益。

關鍵詞：齒輪傳動、可靠性優化設計、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 國內外相關研究情況 1
1.3 研究內容 2
第二章可靠性設計理論和優化設計理論 3
2.1可靠性設計理論 3
2.1.1可靠性設計概述 3
2.1.2應力-強度干涉理論 3
2.1.3可靠度設計基本算法 5
2.2優化設計理論 6
2.2.1優化設計概述 6
2.2.2.優化設計數學模型的建立 7
2.3可靠性設計優化 8
2.4本章小結 9
第三章可靠性優化設計數學模型的建立 10
3.1確定設計變量 10
3.2目標函數的確定 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 模數約束 15
3.3.4 齒數約束 15
3.3.5 齒寬系數約束 15
3.3.6 螺旋角約束 16
3.4本章小結 16
第四章實例分析 17
4.1設計要求 17
4.2確定目標函數 17
4.3確定設計變量 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模數約束 23
4.4.4齒數約束 23
4.4.5齒寬系數約束 23
4.4.6螺旋角約束 24
4.5可靠性優化設計結果 24
4.6常規設計 24
4.6.1按齒面接觸疲勞強度設計 24
4.6.2按齒根彎曲強度設計 26
4.6.3幾何尺寸計算 27
4.7設計結果分析 27
4.8本章小結 28
第五章總結 29
致謝 30
參考文獻 31
畢業設計（論文）知識產權聲明 33
畢業設計（論文）獨創性聲明 34
附錄程序語言 35

第一章緒論
1.1 研究背景和意義
齒輪傳動廣泛應用于各種機械設備中，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，具有結構緊湊、效率高、壽命長等特點。齒輪傳動的隨機性是指其設計參數的隨機性，先量變后質變，人們常常只注重“唯一性”、“正確性”，追求質變的同時卻忽略了量變。采用可靠性優化設計可以使齒輪的隨機參量取值更加合理，并使其結構更加規范。
圓柱齒輪是機械傳動系統中常用的零件，同時也是機械系統的重要傳動部件，它的質量，體積和成本在整個設備中占有很大比重。如果在傳動過程中齒輪發生故障，會嚴重影響設備的正常運轉，因此，齒輪的設計和制造都相當重要。齒輪傳動質量的好壞直接影響整個機器性能，設計一個質量輕，結構可靠的齒輪傳動必大受人們的歡迎。
通常齒輪傳動的設計是將齒輪所受載荷，應力和強度都視為定值，按一定的強度條件進行設計或校核，這種常規設計安全系數一般比較保守，不僅造成材料的浪費，增加成本，往往由于一個參數的改變，而影響其他參數的確定，并且考慮齒輪傳動的應力，強度及各幾何參數的不確定性，引起的誤差與實際不符，也不能保證絕對的安全。設計的齒輪傳動質量差，可靠性低，承載能力小。因此，為了使齒輪傳動設計既貼近實際工況，又有最優方案，提出了將優化設計和可靠性設計理論有機結合起來的全新設計方法，該方法無論是縮小尺寸，減輕質量，提高承載能力，還是保證設計可靠性均有現實意義。可靠性設計優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，在數學上必須用分布函數來描述，由于齒輪的載荷和材料性能等都是隨機變量，所以必須用概率統計的方法求解。
齒輪可靠性設計優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，從而彌補常規設計的不足，它已成為質量保證，安全性保證，產品責任預防等不可缺少的依據和手段。
1.2 國內外相關研究現狀
可靠性問題引起人們的廣泛重視還是在第二次世界大戰期間。主要是針對當時飛機、艦艇等武器裝備中的電子設備在運輸途中經常發生故障而失效。為此，美國的一些相關學術部門聯合成立了電子設備可靠性咨詢委員會。該委員會對電子產品的設計、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
查研究，并發表了一些關于可靠性報告。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。我國在六十年代首先在電子工業部門進行可靠性技術的開拓性工作，經過七十年代的逐步發展，到八十年代在現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。隨著科學技術的發展，可靠性設計在其它學科的推動下，呈現出全新的面貌，尤其是在可靠性設計與優化設計的結合方面取得了很大的進步。趙彥茹根據現有可靠性設計理論建立了圓柱齒輪減速器的可靠性優化設計的數學模型；張佩文對非穩定循環變應力等復雜工況下齒輪接觸強度進行可靠性優化設計；李成剛等將可靠性優化設計用于滾動軸承的計算中。將優化法與可靠性設計法相結合用于機械設計中的論文，近幾年還是頗多的。...

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