圓柱齒輪傳動(dòng)的可靠性?xún)?yōu)化設(shè)計(jì)_學(xué)士學(xué)位論文
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- 圓柱齒輪傳動(dòng)的可靠性?xún)?yōu)化設(shè)計(jì)_學(xué)士學(xué)位論文圓柱齒輪傳動(dòng)的可靠性設(shè)計(jì)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(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力。可靠性設(shè)計(jì)是可靠性工程的一個(gè)重要分支，產(chǎn)品的可靠性在很大程度上取決于設(shè)計(jì)的正確性。因此產(chǎn)品的可靠性設(shè)計(jì)是保證產(chǎn)品可靠性的最重要的工作。優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)質(zhì)上就是運(yùn)用計(jì)算機(jī)高質(zhì)量、高速度地完成設(shè)計(jì)方案的“設(shè)計(jì)-評(píng)價(jià)-再設(shè)計(jì)”過(guò)程，是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的核心技術(shù)之一。可靠性設(shè)計(jì)優(yōu)化是將可靠性設(shè)計(jì)理論與優(yōu)化技術(shù)結(jié)合起來(lái)，由此設(shè)計(jì)結(jié)果會(huì)大大改善，使優(yōu)化設(shè)計(jì)更具實(shí)際意義。
齒輪傳動(dòng)是機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中的重要組成部份，它對(duì)機(jī)械的動(dòng)力性與經(jīng)濟(jì)性、操縱的可靠性與輕便性、傳動(dòng)的平穩(wěn)性與效率都有直接的影響，隨著現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用，人們對(duì)齒輪的設(shè)計(jì)的要求越來(lái)越高。
本文以齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)為例，采用可靠性設(shè)計(jì)優(yōu)化方法，以中心距最小為設(shè)計(jì)目標(biāo)，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(xué)模型，，在Matlab中編寫(xiě)運(yùn)算程序并運(yùn)行，取得最優(yōu)設(shè)計(jì)結(jié)果。
最后將可靠性設(shè)計(jì)優(yōu)化結(jié)果與傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)結(jié)果比較，結(jié)果顯示可靠性設(shè)計(jì)優(yōu)化在取得可靠最優(yōu)成果的同時(shí)，還提高了相應(yīng)的工作效率和經(jīng)濟(jì)效益。
關(guān)鍵詞：齒輪傳動(dòng)、可靠性?xún)?yōu)化設(shè)計(jì)、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(guó)內(nèi)外相關(guān)研究情況 1
1.3 研究?jī)?nèi)容 2
第二章 可靠性設(shè)計(jì)理論和優(yōu)化設(shè)計(jì)理論 3
2.1可靠性設(shè)計(jì)理論 3
2.1.1可靠性設(shè)計(jì)概述 3
2.1.2應(yīng)力-強(qiáng)度干涉理論 3
2.1.3可靠度設(shè)計(jì)基本算法 5
2.2優(yōu)化設(shè)計(jì)理論 6
2.2.1優(yōu)化設(shè)計(jì)概述 6
2.2.2.優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型的建立 7
2.3可靠性設(shè)計(jì)優(yōu)化 8
2.4本章小結(jié) 9
第三章 可靠性?xún)?yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型的建立 10
3.1確定設(shè)計(jì)變量 10
3.2目標(biāo)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(qiáng)度的可靠度約束 10
3.3.2 齒根彎曲疲勞強(qiáng)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(shí)例分析 17
4.1設(shè)計(jì)要求 17
4.2確定目標(biāo)函數(shù) 17
4.3確定設(shè)計(jì)變量 17
4.4確定約束條件 17
4.4.1齒面接觸疲勞強(qiáng)度的可靠性約束 17
4.4.2齒根彎曲疲勞強(qiáng)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?xún)?yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果 24
4.6常規(guī)設(shè)計(jì) 24
4.6.1按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 24
4.6.2按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 26
4.6.3幾何尺寸計(jì)算 27
4.7設(shè)計(jì)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(xiàn) 31
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）知識(shí)產(chǎn)權(quán)聲明 33
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）獨(dú)創(chuàng)性聲明 34
附錄 程序語(yǔ)言 35
第一章 緒論
1.1 研究背景和意義
齒輪傳動(dòng)廣泛應(yīng)用于各種機(jī)械設(shè)備中，它是利用兩齒輪的輪齒相互嚙合傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的機(jī)械傳動(dòng)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、效率高、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。齒輪傳動(dòng)的隨機(jī)性是指其設(shè)計(jì)參數(shù)的隨機(jī)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(shí)卻忽略了量變。采用可靠性?xún)?yōu)化設(shè)計(jì)可以使齒輪的隨機(jī) 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(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中常用的零件，同時(shí)也是機(jī)械系統(tǒng)的重要傳動(dòng)部件，它的質(zhì)量，體積和成本在整個(gè)設(shè)備中占有很大比重。如果在傳動(dòng)過(guò)程中齒輪發(fā)生故障，會(huì)嚴(yán)重影響設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，因此，齒輪的設(shè)計(jì)和制造都相當(dāng)重要。齒輪傳動(dòng)質(zhì)量的好壞直接影響整個(gè)機(jī)器性能，設(shè)計(jì)一個(gè)質(zhì)量輕，結(jié)構(gòu)可靠的齒輪傳動(dòng)必大受人們的歡迎。
通常齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)是將齒輪所受載荷，應(yīng)力和強(qiáng)度都視為定值，按一定的強(qiáng)度條件進(jìn)行設(shè)計(jì)或校核，這種常規(guī)設(shè)計(jì)安全系數(shù)一般比較保守，不僅造成材料的浪費(fèi)，增加成本，往往由于一個(gè)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(dòng)的應(yīng)力，強(qiáng)度及各幾何參數(shù)的不確定性，引起的誤差與實(shí)際不符，也不能保證絕對(duì)的安全。設(shè)計(jì)的齒輪傳動(dòng)質(zhì)量差，可靠性低，承載能力小。因此，為了使齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)既貼近實(shí)際工況，又有最優(yōu)方案，提出了將優(yōu)化設(shè)計(jì)和可靠性設(shè)計(jì)理論有機(jī)結(jié)合起來(lái)的全新設(shè)計(jì)方法，該方法無(wú)論是縮小尺寸，減輕質(zhì)量，提高承載能力，還是保證設(shè)計(jì)可靠性均有現(xiàn)實(shí)意義。可靠性設(shè)計(jì)優(yōu)化方法認(rèn)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(jī)變量，具有明顯的離散性質(zhì)，在數(shù)學(xué)上必須用分布函數(shù)來(lái)描述，由于齒輪的載荷和材料性能等都是隨機(jī)變量，所以必須用概率統(tǒng)計(jì)的方法求解。
齒輪可靠性設(shè)計(jì)優(yōu)化認(rèn)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(bǔ)常規(guī)設(shè)計(jì)的不足，它已成為質(zhì)量保證，安全性保證，產(chǎn)品責(zé)任預(yù)防等不可缺少的依據(jù)和手段。
1.2 國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究現(xiàn)狀
可靠性問(wèn)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(duì)當(dāng)時(shí)飛機(jī)、艦艇等武器裝備中的電子設(shè)備在運(yùn)輸途中經(jīng)常發(fā)生故障而失效。為此，美國(guó)的一些相關(guān)學(xué)術(shù)部門(mén)聯(lián)合成立了電子設(shè)備可靠性咨詢(xún)委員會(huì)。該委員會(huì)對(duì)電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造、實(shí)驗(yàn)、儲(chǔ)存、運(yùn)輸及使用等各個(gè)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(bào)告。這些報(bào)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(rèn)為是電子產(chǎn)品可靠性理論和方法的奠基性文件。而國(guó)際性的可靠性組織于六十年代成立，1965年國(guó)際電工委員會(huì)可靠性專(zhuān)業(yè)委員會(huì)的成立是其標(biāo)志，這使可靠性工程成為一門(mén)國(guó)際化的技術(shù)。我國(guó)在六十年代首先在電子工業(yè)部門(mén)進(jìn)行可靠性技術(shù)的開(kāi)拓性工作，經(jīng)過(guò)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(kāi)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(jī)。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，可靠性設(shè)計(jì)在其它學(xué)科的推動(dòng)下，呈現(xiàn)出全新的面貌，尤其是在可靠性設(shè)計(jì)與優(yōu)化設(shè)計(jì)的結(jié)合方面取得了很大的進(jìn)步。趙彥茹根據(jù)現(xiàn)有可靠性設(shè)計(jì)理論建立了圓柱齒輪減速器的可靠性?xún)?yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型；張佩文對(duì)非穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力等復(fù)雜工況下齒輪接觸強(qiáng)度進(jìn)行可靠性?xún)?yōu)化設(shè)計(jì)；李成剛等將可靠性?xún)?yōu)化設(shè)計(jì)用于滾動(dòng)軸承的計(jì)算中。將優(yōu)化法與可靠性設(shè)計(jì)法相結(jié)合用于機(jī)械設(shè)計(jì)中的論文，近幾年還是頗多的。...
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