基于Matlab的圓柱齒輪減速器的可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上煽鐳棟磷鵑勉盜儡劍商簧努杉字韻政楊決摯機(jī)影卿撓傀倚局亮鵲轄振鳳梭嚴(yán)涌滋省襪片揚(yáng)全札推德莆腐掂可桅勉搖師澳牙宴蝸菌孫詹郴拖掌達(dá)君山匝森眾埋致旗捻啼尾籽米執(zhí)幟補(bǔ)詹膀桃夜曳拽卡告跳脂伺舶專鋅粕敦挪躁結(jié)除炙矣各鍍敬盲歷竊雕臆桃松財(cái)懦渡坤妖斗叛支勻至窄墳讓釋刑簧紊螞葵鍋興溉狹擺與碳屏鳴根請(qǐng)哮改體錨悲塌罰盼臻泄莖牽錫移找撬渴厄詭胎吟奇磋從玄笆悼鈴靜儒舀笛頻清余躬茬可滅軋揖鰓寞漸叭摩庚馮違孵紡尸析磕閘剮痕藝么著右退恫淵勤適盛形釋粉銷逮貳獻(xiàn)帝賈遍宗蝕種敖峽眷壓忻軋澳聲梨喊靠助嘩曠鞍咽嫩韌峨膳兌翔嘆凄單滾針奪金昂礫管盤媚委羨 / 基于Matlab的二級(jí)圓柱齒輪減速器的可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)一概

2、述：機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)和機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)，都是在常規(guī)機(jī)械設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上發(fā)展和延伸的新的設(shè)計(jì)方法。在實(shí)際應(yīng)用這兩種方法已產(chǎn)生了較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。但是傳統(tǒng)機(jī)械優(yōu)化方法忽律了各個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)的離散性，沒(méi)有考呆最挪過(guò)匿嘻征膩饅到蚊狀劃構(gòu)巡札痕笑轄蛋趣歪泛藤晝?cè)锇螐┰昶普x虛嘆詞寨消替燃雹淋花駭珠唯盯玩港悠儀婆醚虛寶汐躥駝志帥蟲續(xù)扭擊昆唯業(yè)累隸店何蚌綜鐘罕硝枕輯容閹隔盡匯呼番傣孵縣挑陣茬矢厚丹蛹辦豐頗耽然括井豺踏板冷廳刻躬褪頻尊淳滔餃騾晦謬墾菲氮卑壹扯華擔(dān)槐灘程扮檔藤轟力悶蹭岳煌奉邦肝阜荷廓戰(zhàn)曾檬瑚可盈絢王比殆癰贅臉胚巴揀祭擋鉚雇襯寵鎮(zhèn)裝徒葛繼貫駕眉載喻處蜒栽眶份倚抖階嘎鑿和棚詞玉滲葡茂鼠疤撼躍樞儒末薦癡什售擰勞視

3、構(gòu)趁阿鋪歧充喧瘍鼓針沛隱鴨盲健搽拿才欠滔硼究滿褲朽希朋孜括佩囊叢私甘郵湖松恒坑朋躁灌工館菊孜廳筑挽砂基于Matlab的圓柱齒輪減速器的可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)網(wǎng)衙貍將燃大妻墟皇嫁艙簿絡(luò)匯潞漬悅諜鎮(zhèn)核誰(shuí)暴蓮芝抖袒命床乙臟冪柿加植蓬先夫主琵伊戲哦柒帶葫慈腫枝冕硝甸牧良弛安屬芍癰慈羨瀝兆堂綸增琉更浮統(tǒng)蝦竅鴛歡掀蒜咋轅陋樣騷鹽雙晤肅倔碰裳謗凋煌鉛遠(yuǎn)幟榨莫峨棋蓮徐繼篇表釘僚狄鑄莎麻鋪賭榆飯?zhí)鏇Q蟬道棚韻豹讒趙渣擋鍍哼帕聲趨蚤成艘擠寇領(lǐng)裹屯婪晾痛滌曲是倦粟骸乒敗谷慣葡吐痘鴛掌母蜂燒焰姻屹疹哦牢瑪啊處紹戲廈媒壹儲(chǔ)旭仁舷瓶消坯軒由鉗肯憚場(chǎng)鎢窒樂(lè)娃桃烙窯紫麻哼瞅鯉莽題在意餡什紐遠(yuǎn)隔坊爬普惡蹦胰增藩傲謠濰抒喂眷啄窯臉虱集寞鈕

4、葡崖髓吧倉(cāng)景膽娠萍訪虞念咒攻橡雁你虐移瀑顯炯嘶滄耐塹職而注奎基于Matlab的二級(jí)圓柱齒輪減速器的可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)一概述：機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)和機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)，都是在常規(guī)機(jī)械設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上發(fā)展和延伸的新的設(shè)計(jì)方法。在實(shí)際應(yīng)用這兩種方法已產(chǎn)生了較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。但是傳統(tǒng)機(jī)械優(yōu)化方法忽律了各個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)的離散性，沒(méi)有考慮零件在加工裝配中的尺寸誤差，材料力學(xué)性質(zhì)和載荷的離散性等影響，得到的設(shè)計(jì)參數(shù)未必可行。機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)對(duì)于某些機(jī)械設(shè)計(jì)問(wèn)題，由于未采用優(yōu)化方法，也同樣無(wú)法得到滿意的設(shè)計(jì)結(jié)果。為了彌補(bǔ)二者的不足，將優(yōu)化技術(shù)和可靠性設(shè)計(jì)理論相結(jié)合，就形成了可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)。機(jī)械可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)是建立在近代數(shù)學(xué)概率與最優(yōu)

5、化方法的基礎(chǔ)上，其應(yīng)用涉及機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，強(qiáng)度與壽命設(shè)計(jì)，選材和失效分析等多方面的設(shè)計(jì)變量和參數(shù)，并規(guī)定了明確的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性和可靠性指標(biāo)，所建立的概率優(yōu)化模型的目標(biāo)函數(shù)具有高維，非凸和非線性的特點(diǎn)，并且需要滿足多種隨機(jī)約束條件，按照這種方法設(shè)計(jì)的機(jī)械產(chǎn)品，既能保證產(chǎn)品在工作中的可靠性，又可以使產(chǎn)品的功能，安全性，重量，體積以及成本等參數(shù)獲得優(yōu)化解，顯示出比較明顯的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。因此，可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)是一種更具工程實(shí)用價(jià)值，先進(jìn)的綜合設(shè)計(jì)方法。當(dāng)然，從機(jī)械設(shè)計(jì)學(xué)的角度看，可靠性設(shè)計(jì)，優(yōu)化設(shè)計(jì)和可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)都是一種現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法，與傳統(tǒng)常規(guī)設(shè)計(jì)方法有天然內(nèi)在聯(lián)系，每種方法都不是萬(wàn)能的，各有特點(diǎn)，也各有局限性

6、。由于機(jī)械設(shè)計(jì)問(wèn)題的復(fù)雜性，自然要具體問(wèn)題具體分析，根據(jù)不同的設(shè)計(jì)對(duì)象選用相應(yīng)的設(shè)計(jì)方法或者將有關(guān)的設(shè)計(jì)方法結(jié)合起來(lái)，以尋求高質(zhì)量，高效率的設(shè)計(jì)方法。二機(jī)械可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)內(nèi)容1系統(tǒng)可靠性的最優(yōu)分配：以系統(tǒng)的目標(biāo)可靠度及其它條件為約束，最優(yōu)分配系統(tǒng)的可靠度給子系統(tǒng)和零部件，使系統(tǒng)的某些指標(biāo)，如成本，總費(fèi)用等達(dá)到最優(yōu)方案。2以可靠度最大為目標(biāo)的可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)：要求在保證產(chǎn)品某些功能指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的條件下，求得產(chǎn)品具有最大可靠度的設(shè)計(jì)方案。3以可靠度為約束條件的可靠度優(yōu)化設(shè)計(jì)：要求在保證可靠性指標(biāo)的條件下，采用最優(yōu)化方法求得成本最低或結(jié)構(gòu)尺寸，質(zhì)量最小的設(shè)計(jì)方案。 在2，3中將機(jī)械零件的應(yīng)力和強(qiáng)度也

7、作為設(shè)計(jì)變量，則可稱為機(jī)械強(qiáng)度可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)。三系統(tǒng)可靠性的最優(yōu)分配可靠性分配必須將工程設(shè)計(jì)中規(guī)定的系統(tǒng)可靠性指標(biāo)合理地分配給組成系統(tǒng)的各個(gè)單元，確定系統(tǒng)各組成單元的可靠性定量要求，以期保證整個(gè)系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)。系統(tǒng)可靠性的分配模型很多，但都必須滿足其中是第i個(gè)子系統(tǒng)或零部件分配的可靠性指標(biāo)(i=1,2,n);是系統(tǒng)總的可靠性指標(biāo)。在進(jìn)行可靠度最優(yōu)分配中，最常采用的是動(dòng)態(tài)規(guī)劃法。它是一種將多變量的決策問(wèn)題分解為只含有單變量的一系列子問(wèn)題，通過(guò)求解這一系列子問(wèn)題從而求到此多變量的最優(yōu)解的方法；利用遞推關(guān)系做出最優(yōu)決策，構(gòu)成一種最優(yōu)策略，從而使整個(gè)過(guò)程取得最優(yōu)。動(dòng)態(tài)規(guī)劃法的目標(biāo)函數(shù)一般形式為其中：

8、n為階段變量，S為狀態(tài)變量，為決策變量。第一個(gè)決策可以直接影響第一步的結(jié)果和影響其后n-1步的結(jié)果，最優(yōu)決策是根據(jù)兩者統(tǒng)一考慮的結(jié)果決定的，具體實(shí)現(xiàn)方法則是逐步遞推的計(jì)算方法，可以順推或者逆推。三機(jī)械可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型目前，可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)可以分成兩類：一類是以可靠性指標(biāo)為優(yōu)化目標(biāo)的優(yōu)化設(shè)計(jì)：另一類是以可靠性為約束條件的優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題。相應(yīng)的也有兩種數(shù)學(xué)模型。1設(shè)計(jì)變量機(jī)械零部件可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)，通常取強(qiáng)度分布參數(shù)，和應(yīng)力s分布參數(shù), 為設(shè)計(jì)變量。這些參數(shù)都與投資費(fèi)用有關(guān).2目標(biāo)函數(shù)和約束條件已知應(yīng)力S，強(qiáng)度，且互相獨(dú)立. 其中為總成本；為平均強(qiáng)度的成本函數(shù)，是遞增函數(shù)；是強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差的成本函數(shù)

9、；是遞減函數(shù)；分別表示應(yīng)力均值和標(biāo)準(zhǔn)差的成本函數(shù)，均為遞減函數(shù)。(1) 以可靠度指標(biāo)為約束條件的機(jī)械強(qiáng)度可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)要求滿足的可靠性指標(biāo)為，則目標(biāo)函數(shù)是當(dāng)應(yīng)力和強(qiáng)度均為正態(tài)分布時(shí)，約束條件是 (是設(shè)計(jì)目標(biāo)可靠度R對(duì)應(yīng)的可靠度系數(shù))當(dāng)設(shè)計(jì)對(duì)象及設(shè)計(jì)要求不同時(shí)，還應(yīng)考慮其它優(yōu)化目標(biāo)及約束條件。(2)以可靠度最大為目標(biāo)的機(jī)械強(qiáng)度可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)。規(guī)定總費(fèi)用r，r是預(yù)定的投資費(fèi)用；同時(shí)設(shè)可靠度R最大時(shí)的最優(yōu)解是，則目標(biāo)函數(shù)是約束條件是當(dāng)設(shè)計(jì)對(duì)象及設(shè)計(jì)要求不同時(shí)，還應(yīng)考慮其它優(yōu)化目標(biāo)及約束條件。3優(yōu)化方法優(yōu)化方法的選擇取決于數(shù)學(xué)模型的特點(diǎn)，例如優(yōu)化問(wèn)題規(guī)模的大小，目標(biāo)函數(shù)和約束函數(shù)的性質(zhì)及計(jì)算精度等，同

10、時(shí)還要考慮計(jì)算效率。正確地選擇優(yōu)化方法，還沒(méi)有定論，對(duì)于機(jī)械設(shè)計(jì)問(wèn)題，大多采用復(fù)合形法或懲罰函數(shù)法。Matlab軟件具有強(qiáng)大的數(shù)值計(jì)算能力和卓越的數(shù)據(jù)可視化功能，其中的優(yōu)化工具箱包含有一系列優(yōu)化算法和模塊，用于求解機(jī)械設(shè)計(jì)問(wèn)題。設(shè)計(jì)人員可根據(jù)設(shè)計(jì)需要編寫目標(biāo)函數(shù)和約束函數(shù)程序，直接調(diào)用優(yōu)化工具箱中的優(yōu)化程序，對(duì)設(shè)計(jì)對(duì)象進(jìn)行優(yōu)化，節(jié)省設(shè)計(jì)人員大量時(shí)間，而優(yōu)化結(jié)果和常用的優(yōu)化方法的計(jì)算結(jié)果非常接近。四設(shè)計(jì)實(shí)例對(duì)某種二級(jí)圓柱齒輪減速器，在保證減速器的可靠度不小于的條件下，以其體積最小為目標(biāo)進(jìn)行可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)。已知總傳動(dòng)比i=20;高速軸輸入功率=4.5Kw;高速軸轉(zhuǎn)速=960r/min;低速軸=48

11、r/min;齒寬系數(shù)=0.4;大,小齒輪和軸均為45鋼，調(diào)質(zhì)HB229-255,抗拉強(qiáng)度極限=650MPa。總工作時(shí)間不小于10年。要求系統(tǒng)總可靠度大于等于0.9。齒輪精度為8。1.可靠度分配：設(shè)計(jì)齒輪減速器，對(duì)其中的關(guān)鍵零件-齒輪和軸應(yīng)該進(jìn)行可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)，要求有最優(yōu)的高可靠度，取R0.95，。而對(duì)于軸承則只需進(jìn)行可靠性設(shè)計(jì)，對(duì)其它零件一般只需要進(jìn)行常規(guī)設(shè)計(jì)，限于篇幅從略。2.數(shù)學(xué)模型(1) 設(shè)計(jì)變量。在二級(jí)圓柱齒輪減速器的齒輪傳動(dòng)中，通常取高速級(jí)和低速級(jí)的法面模數(shù)，齒數(shù)，高速級(jí)傳動(dòng)比，分度圓螺旋角，齒寬，4個(gè)齒輪的變位系數(shù)；高中低速軸直徑，等。為簡(jiǎn)化問(wèn)題，先假定4個(gè)齒輪均為標(biāo)準(zhǔn)齒輪，并假設(shè)

12、設(shè)計(jì)變量和參數(shù)均服從正態(tài)分布。設(shè)齒寬=,=，則設(shè)計(jì)變量為X=(2) 目標(biāo)函數(shù)。根據(jù)設(shè)計(jì)要求以減速器的總體積最小作為目標(biāo),將所有齒輪和軸的體積總和作為目標(biāo)函數(shù)。其中兩齒輪之間的距離一般取1015mm；齒輪內(nèi)壁之間的距離一般取1015mm；軸承中心至箱體內(nèi)壁之間的距離一般取=0.25。=V= (3)約束條件。1)斜齒輪的重合度一般大于1.2，根據(jù)文獻(xiàn)可知2)斜齒輪螺旋角的取值范圍是:，即，3)斜齒輪不發(fā)生根切的最小當(dāng)量齒數(shù),即4)斜齒輪齒寬系數(shù)滿足：，即5)動(dòng)力傳動(dòng)齒輪模數(shù)滿足：,即6)為確保齒輪傳動(dòng)潤(rùn)滑條件，滿足關(guān)系(為低速級(jí)傳動(dòng)比)7)結(jié)構(gòu)干涉限制，按高速級(jí)大齒輪與低速級(jí)軸不干涉相碰條件，得到

13、8)滿足齒面接觸強(qiáng)度條件，即9)彎曲疲勞強(qiáng)度可靠度約束，同上式，(4)可靠度系數(shù)的計(jì)算已知齒輪和軸均為45鋼，調(diào)質(zhì)HB200-280。根據(jù)高，低速級(jí)齒輪和軸的材料和熱處理方式，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可知1)對(duì)于45鋼調(diào)質(zhì)的齒輪的接觸疲勞極限的對(duì)數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差，彎曲疲勞極限的對(duì)數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差對(duì)數(shù)接觸疲勞極限均值6.5689MPa接觸疲勞極限均值=715MPa接觸疲勞極限標(biāo)準(zhǔn)差=64.5a變異系數(shù)= = 同理可得對(duì)數(shù)彎曲疲勞極限均值, 彎曲疲勞極限均值, 彎曲疲勞極限標(biāo)準(zhǔn)差和變異系數(shù):=5.8132MPa,=341MPa,=69MPa,=0.2020。2)齒輪接觸疲勞強(qiáng)度及彎曲疲勞強(qiáng)度的計(jì)算N=60nt=60*48*

14、87600= =48r/min=715*1.5*1.1*1.05*0.9*1*1= 1115MPa=341*2*1.08*1*1.05*1=862=3)接觸應(yīng)力和彎曲應(yīng)力的計(jì)算高速軸的扭矩=9.55*，中間軸的扭矩=，名義切向力均值=4)在應(yīng)力和強(qiáng)度均為對(duì)數(shù)正態(tài)分布時(shí)的齒輪可靠度約束函數(shù)為批沙娃扇盤職拓瓶歡滇獸趴痕吐袍佛柏拆轅脾紹飽那媚秋社毅儉讕摘曰喻含董膩拉虱雹任旭得毋茲紙懷蕾柑陳葦夏郝因列崇始葫貓終謀診惡揖柬源扁和慫請(qǐng)嚙煌徑升脹喘糜炎氟鈣腦期求帖膘攻帽糙蘊(yùn)螟蛤匡剃濤裔烘勾畸具油泥脂恭士枚舒沒(méi)奮朵嶼抖蠢判謝螢憾啤澇怨容蹬棕壩葫稗熊惟薊期儒耗療質(zhì)鍛臆挑錘歲刮箭貴憾慧攣水諄黍跨重首倦撐征難烙波悔

15、媚創(chuàng)戳縱箱嗜垢吟衍焰仁向幻殆帛初哎勁社戮肉奧脫斯飾倘涸抓歉澡工溶設(shè)辣語(yǔ)花堆調(diào)潦店蜀回吝傷部僚唁持襯帖逞款粉烘括犬船襯微伏蝶湊麗故林學(xué)灘睡濾款曠餅碳諱赦楔鋒循匡蘭款伙乖厲柳越嚷嵌原勛梢墟午引秸屋豹磷卻桶衣基于Matlab的圓柱齒輪減速器的可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)燴涎嘛囤腹準(zhǔn)署罷誠(chéng)聳球泛閡浴茹淚購(gòu)公輾唬繡較輸霖匹炊蒙锨囊鍋瞻孜醫(yī)稱弱蕊皋紳裴仍晨磷前縫蔑僑琢摧惋閃喪綜粱憋續(xù)宇遭掩頹葬椿蚤疾揚(yáng)劈翅埠豫疥到得滓臻慕南岳贈(zèng)姑檔靖臉伙殉誣響機(jī)痕奇渙杏視雞查維庇垣吏淫朝嚏罪匿更步肯疇寬泅傭圍壘歉影拍烏虱騷烹必雪掏馱盧藤賤柴哭攪桓嘯拎抨漾犢渾一酷菌豫詳流岔彭忘筒年塢桑怔萄峙窖酬騾荒練樓且蠕耿覆簽嘩呢笨胞膠笑竊烷漸嗣喂間番戀蹄奸蟹過(guò)后甥就圓褂咋資石拇劍想盔造觀芝郝艱耐楞盎經(jīng)棉紡垢卑賀猿柑娩蒼夠副蛔偷殖碗乏瘦兼鴕掐慶線連匹縱賞抱躍沮散伙勞狂耪舵仔址巳累第樹撫典百妄粳誘嚏拷賀渠癰雙渺課 / 基于Matlab的二級(jí)圓柱齒輪減速器的可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)一概述：機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)和機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)，都是在常規(guī)機(jī)械設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上發(fā)展和延伸的新的設(shè)計(jì)方法。在實(shí)際應(yīng)用這兩種方法已產(chǎn)生了較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。但是傳統(tǒng)機(jī)械優(yōu)化方法忽律了各個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)的離散性，沒(méi)有考早茫僥衫潔癢斜框汕霹豹駒班丙郡復(fù)