減速器優(yōu)化設計論文
1.總體方案設計優(yōu)化
結構優(yōu)化的概念較早就已經(jīng)提出。結構優(yōu)化設計的任務(wù)在于對結構方式和外形尺寸等因素做參考進(jìn)行優(yōu)化設計。計算工作量較大，在計算機完全替代人工計算后，使這種方法的應用逐步變得廣泛。我們把系統的設計限制來(lái)作為優(yōu)化設計的束條件，將設計變量以及性能變量的一組不等式表示了出來(lái)，將可以反映設計要求的數值作為目標的函數，運用數學(xué)的方法和手段得到了滿(mǎn)足全部條件且使目標函數為最佳的設計變量。這既是總體的設計優(yōu)化方案思路也是該設計的精髓。
針對不同的設計問(wèn)題，其最優(yōu)設計程序通常是基本相同的，首先應當了解結構的技術(shù)以及使用的要求，完成基本布局。此后再用一組設計變量來(lái)表述結構的尺寸以及物理性能等變量，此后可以寫(xiě)出關(guān)于設計變量的荷載函數。并能夠建立起結構分析的`方法，最終形成設計變量的一種約束方程，也可以說(shuō)對設計變量值進(jìn)行限制。在完成最優(yōu)化方案之前，應當用公式來(lái)給出一個(gè)判別指標，也就是目標函數作為設計變量的函數。使之最小的一組設計變量也將成為為最優(yōu)方案。
2.減速器齒輪箱體的優(yōu)化設計
本論文的優(yōu)化目的在于在齒輪箱結構滿(mǎn)足強度和剛度的基礎上，進(jìn)行減輕重量，并完成合理均勻分布應力的優(yōu)化工作。我們提出的優(yōu)化具體設計為：
第一步，針對結構確定設計方案，并通過(guò)CAD軟件進(jìn)行建模。
第二步，通過(guò)CAD軟件和有限元分析軟件的連接傳遞到有限元分析軟件中，并獲得相關(guān)的應力以及位移等參數。
第三步，據實(shí)際情況進(jìn)一步確定優(yōu)化目的，對設計進(jìn)行計算結果分析和比較，明確能夠修改的結構參數。
第四步，通過(guò)修改參數，重新進(jìn)行分析，并通過(guò)這種方法獲得結構參數以及相應的響應值。并完成最佳參數的選取，同時(shí)得到更加科學(xué)合理的結構和尺寸。
我們做出的優(yōu)化主要是針對箱體的質(zhì)量的。即在外載荷不變而且不改變結構布局的前提下，對齒輪箱進(jìn)行優(yōu)化。將重量當作優(yōu)化的目標函數，采取結構優(yōu)化設計技術(shù)能夠在確保質(zhì)量的情況下，有效節約成本，提高質(zhì)量。實(shí)現安全性、可靠性、節約型等多個(gè)層面的兼顧。因為結構布局和材料是固定不變的，所以箱體結構也是不發(fā)生變化的，僅僅是把箱體的具體部位厚度作為設計變量，用箱體工作結構的最大位移作為狀態(tài)變量，把結構的質(zhì)量當作目標函數。也可以說(shuō)是在原設計的基礎上，不對其做大的調整和改變，僅僅是對結構最大允許最大范圍進(jìn)行調整，達到箱體最輕的優(yōu)化設計效果。引入邊界條件的方法，考慮邊界條件。在邊界條件發(fā)生改變時(shí)，場(chǎng)變量函數并不需要改變，這對于通用程序有大的簡(jiǎn)化。
3.減速器優(yōu)化設計的數學(xué)模型
3.1目標函數
目標函數為A=min{f(x)} =min{f(x1, x2,…, xn)}其中： A為減速器總的中心距離，也就是各中心距的綜合；x為設計變量(包含中心距和螺旋角以及齒數、模數等等)； n為變量的數目。
3.2約束條件
約束條件是用來(lái)判別目標函數當中變量的取值可行與否的規定，所以減速器優(yōu)化設計中提出的任何一個(gè)方案都必須滿(mǎn)足所有的約束條件的變量所構成。在給出優(yōu)化設計的約束條件的情況下，需要從各個(gè)方面進(jìn)行周密的考慮。比如設計變量本身的取值要求；齒輪和零件的緊密程度等等。一般來(lái)說(shuō)要充分考慮到以下幾個(gè)約束條件:
一是離散性約束。其中包括齒數，也就是每個(gè)齒輪的齒數需要是整數；模數：要求齒輪模數必須符合模數系列(GB1357-78)的要求；中心距：要以10mm為單位。
二是上下界約束。螺旋角：對于直齒輪應當為零，斜齒輪取8°~15°；總變位系數：因為總變位系數能夠影響齒輪承載能力，通常取0~0. 8。
三是強度約束。一般是指齒輪的齒面接觸強度和輪齒的彎曲強度，依據GB3480-83標準進(jìn)行。強度是否達標，需要根據實(shí)際安全系數進(jìn)行實(shí)踐檢驗。
四是根切約束。為規避根切現象，規定出最小的齒數，其中直齒輪是17，斜齒輪是14到16之間。
五是干涉約束。需要中心距和齒頂圓以及軸徑滿(mǎn)足沒(méi)有干涉的關(guān)系。針對三級傳動(dòng)的減速器，干涉約束可以看作兩個(gè)約束；第二級中心距需要比第一級大齒輪齒頂圓半徑和三級小齒輪頂圓半徑的總和；第三級中心距需要大于第二級大齒輪頂圓半徑和第四軸半徑的綜合。二級齒輪傳動(dòng)以此類(lèi)推。在完成優(yōu)化設計后，能夠可以獲得響應，并直觀(guān)地顯示出參數的變化對函數的影響
4.結語(yǔ)
優(yōu)化設計是在機械設計的發(fā)展和延伸，需要以傳統設計為基礎，考慮了傳統設計所涉及的各個(gè)關(guān)鍵因素。目前，在實(shí)際應用當中已經(jīng)發(fā)揮了很好的技術(shù)和經(jīng)濟成效，有效地減少了用材和成本，提升了設計質(zhì)量以及效率，對于發(fā)揮減速器最佳性能足有重要的作用。
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