《两斜齿轮减速器优化设计方案程序代码 .docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《两斜齿轮减速器优化设计方案程序代码 .docx（13页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、精品名师归纳总结Fminunc 函数目标函数的文件 sc_wysyh.m：function f=sc_wysyhx% 定义目标函数调用格式a=64516。 hd=pi/180 。f=a/x1-x1/tanx2*hd+2*x1/sinx2*hd。 % 定义目标函数求最优化解时的命令程序：x0=25,45 。% 初始点x,Fmin=fminuncsc_wysyh,x0 。 % 求优语句fprintf1, 截面高度 hx1=%3.4fmmn,x1 fprintf1, 斜边夹角 x2=%3.4f度n,x2 fprintf1, 截面周长 sf=%3.4fmmn,Fmin运算结果截面高度 hx1=192.
2、9958mm 斜边夹角 x2=60.0005 度 截面周长 sf=668.5656mm Fmincon 函数% 两级斜齿轮减速器总中心距目标函数function f=jsqyh_fx 。hd=pi/180 。a1=x1*x3*1+x5。a2=x2*x4*1+31.5/x5。cb=2*cosx6*hd 。f=a1+a2/cb 。% 两级斜齿轮减速器优化设计的非线性不等式约束函数functiong,ceq=jsqyh_gx。hd=pi/180 。g1=cosx6*hd3-3.079e-6*x13*x33*x5。g2=x52*cosx6*hd3-1.701e-4*x23*x43。g3=cosx6*h
3、d2-9.939e-5*1+x5*x13*x32。g4=x52.*cosx6*hd2-1.076e-4*31.5+x5*x23*x42。g5=x5*2*x1+50*cosx6*hd+x1*x2*x3-x2*x4*31.5+x5。ceq=。编制优化设计的 M 文件x0=2。4。18。20。 6.4。10。% 设计变量的初始值lb=2 。3.5。 14。16。5.8。8。% 设计变量的下限ub=5 。6。22。22 。7。15。% 设计变量的上限x,fn=fminconjsqyh_f,x0,lb,ub,jsqyh_g。disp *两级斜齿轮传动中心距优化设计最优解* fprintf1,高速级齿轮副
4、模数Mn1=%3.4fmmn,x1fprintf1,低速级齿轮副模数Mn2=%3.4fmmn,x2 fprintf1,高速级小齿轮齿数z1=%3.4fmmn,x3 fprintf1,低速级小齿轮齿数z2=%3.4fmmn,x4 fprintf1,高速级齿轮副传动比i1=%3.4fmmn,x5 fprintf1,齿轮副螺旋角beta=%3.4fmmn,x6可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结fprintf1,减速器总中心距a12=%3.4fmmn,fng=jsqyh_gx。 disp = 最优点的性能约束函数值= fprintf1,高速级齿轮副接触疲惫强度约束函数值g1=%3.4fm
5、mn,g1 fprintf1,低速级齿轮副接触疲惫强度约束函数值g2=%3.4fmmn,g2 fprintf1,高速级大齿轮齿根弯曲强度约束函数值g3=%3.4fmmn,g3 fprintf1,低速级大齿轮齿根弯曲强度约束函数值g4=%3.4fmmn,g4 fprintf1,大齿轮顶圆与轴不干涉几何约束函数值g5=%3.4fmmn,g5 处理结果：*两级斜齿轮传动中心距优化设计最优解*高速级齿轮副模数 Mn1=2.0461mm 低速级齿轮副模数 Mn2=3.6059mm 高速级小齿轮齿数 z1=18.5156mm 低速级小齿轮齿数 z2=16.0000mm 高速级齿轮副传动比 i1=5.800
6、0mm 齿轮副螺旋角 beta=8.0000减速器总中心距 a12=317.4186mm= 最优点的性能约束函数值= 高速级齿轮副接触疲惫强度约束函数值g1=0.0000mm 低速级齿轮副接触疲惫强度约束函数值g2=0.0000mm 高速级大齿轮齿根弯曲强度约束函数值g3=-1.0042mm低速级大齿轮齿根弯曲强度约束函数值g4=-15.1854mm 大齿轮顶圆与轴不干涉几何约束函数值g5=-761.8043mm 单级圆柱齿轮减速器优化：第一在 Matlab 优化工具箱中编写目标函数的M 文件 myfun.m,返回 x 处的函数值 f：function f = myfunx f=0.78539
7、8*4.75*x1*x22*x32+85*x1*x2*x32-85*x1*x32+0.92*x1*x62-x1*x52+0.8*x1*x2*x3*x6-1.6*x1*x3*x6+x4*x52+x4*x62+28*x52+32*x62由于约束条件中有非线性约束，故需要编写一个描述非线性约束条件的M文件 mycon.m： functionc,ceq=myobjxc=17-x2 。 0.9-x1/x2*x3 。 x1/x2*x3-1.4 。 2-x3 。 x2*x3-300 。 100-x5 。 x5-150 。 130-x6 。 x6-200 。 x1+0.5*x6-x4-40 。1486250/
8、x2*x3*sqrtx1-550。7098/x1*x2*x32*0.169+0.006666*x2-0.0000854*x22-400。7098/x1*x2*x32*0.2824+0.00177*x2-0.0000394*x22-400。117.04*x44/x2*x3*x54-0.003*x4。1/x53*sqrt2850000*x4/x2*x32+2.4*1012-5.5。1/x63*sqrt2850000*x4/x2*x32+6*1013-5.5。ceq=。最终在 command window里输入：x0=230。21。8。420。120。160。% 给定初始值可编辑资料 - - - 欢
9、迎下载精品名师归纳总结x,fval,exitflag,output=fminconmyfun,x0,myobj,output%调用优化过程直齿圆柱齿轮传动的优化设计一、问题描述：现 有 一 单 级 渐 开 线 直 齿 圆 柱 齿 轮 减 速 器 ， 其 输 入 功 率 N=280kW， 输 入 转 速n1=980r/min ，传动比i=5 。小齿轮为实体结构，大齿轮为腹板式结构（带有四个减轻孔），两齿轮各部分尺寸的符号如图一所示：原 用 常 规 设 计 方 法 的 设 计 结 果 为 ： 齿 宽 B=B2=13cm， 小 齿 轮 齿 数 z 1=21 ， 模 数m=0.8cm， l 1=42c
10、m， ds1=12cm， ds2=16cm。现要求在保证承载才能的条件下，通过优选上述有关参数，使减速器的体积达到最小。二、建立优化设计目标函数：齿轮传动优化设计中，设计变量一般选为齿轮传动的基本几何参数或性能参数，例如齿数、模数、齿宽系数、传动比、螺旋角、变位系数和中心距分别系数等。齿轮传动的优化目标，较常见的是体积或质量最小，传动功率最大，工作寿命最长， 振动最小，启动功率最小等。现在选体积最小为优化目标，而减速器的体积主要是取决于内部零件（齿轮和轴）的尺寸大小，在齿轮和轴的结构尺寸确定之后，箱体的尺寸将随之确定，因此将齿轮和轴的总体积达到最小作为优化目标。可编辑资料 - - - 欢迎下载
11、精品名师归纳总结减速器内部有两个齿轮和两根轴，为了简化运算，将轴视为光轴 ，就有可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结VVs1Vs2Vg1Vg2可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结llll22d s113 ds 212 44可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结d 2d 2 Bd 2d2 B D 2D 2 BC4d 2C可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结1s112s22212034444可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结式中：Vs1 ， Vs2 两轴体积， cm。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结3Vg1 ， Vg 2
12、两齿轮体积， cmds1 ， ds2 两轴的直径，cm。l1， l2 ， l3 轴的长度， cm。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结d1 ， d2 两齿轮的分度圆直径，cm， d1 m 两齿轮的模数， cm。mz1 ， d2mz2 。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结B1 ,B2 两齿轮的宽度，近似取B1B2B ,cm。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结依据结构设计体会公式，齿轮各部分尺寸关系为：5mD11.6ds2C0.2BD2d22d0.25D D 021可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结并取：l 232cm l328cm可编辑资料
13、- - - 欢迎下载精品名师归纳总结优化设计中的设计变量取为：X x , x , x , x , x , x T B, z , m, l , d , d T12345611s1s 2将目标函数整理后得到：f X 0.785398154.75x x 2 x 285x x x 285x x 21 231 2 31 30.92x x 2x x 20.8x x x x1.6x x xx x 2x x 228x 232x 2 1 61 51 2 361 3 64 54 656可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结三、确定约束条件（ 1）为了防止发生根切，z1 不小于最小齿数，即z1zmin17
14、 ，于是得约束条件可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结g1 X x2170可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结（ 2 ） 为 了 保 证 齿 轮 的 承 载 能 力 ， 同 时 避 免 载 荷 沿 齿 宽 分 布 严 重 不 均 ， 要 求可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结16B35 ，由此得： g X x x 1160可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结m21 3g X 35x x 1031 3（ 3）传递动力的齿轮，模数一般应当大于2mm，并且去标准系列值，所以得：g4 X x30.20（ 4）依据工艺装备条件，要求大齿轮直径不得超过150
15、0mm，于是小齿轮直径相应的可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结不能超过 300mm，即mz133cm ，故得：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结g5 X 33x2 x30可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结（ 5）主、从动轴直径范畴依据体会取为10ds115 ， 13ds220 ，所以有可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结g6 X x5100g7 X x6130g8 X 15x50g9 X 20x60可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结（ 6）轴的支撑跨距依据结构关系心线的距离，现取2cm ，就有：l1B20.5ds2 ，其中为箱
16、体内壁到轴承中可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结g10 X x4x10.5x640（ 7）按齿轮的接触疲惫强度条件，有：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结1070i1) 3 KMHH1可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结aBi式中： K 载荷系数，取K1.3 。Mi 小齿轮传递的扭矩，由功率和转速运算可得Mi955000280 / 980273000N cm 。 H 齿轮许用永接触应力，现按原材料及原设计数据，取 H 885Mpa 。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结a 齿轮传动的中心距，cm ， a0.5mz1i1。可编辑资料 - - -
17、 欢迎下载精品名师归纳总结将以上个参数分别代入前面的不等式，整理后得：g11 X 852544163/ x2 x3x1 0（ 8）按齿轮的弯曲疲惫强度条件，有可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结2 KM 1FFBd1myF可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结式中：d1 小齿轮分度圆直径，d1mz1 。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结 F 齿轮的许用弯曲应力，现安原材料及原设计数据取小齿轮的许用弯曲应力可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结F 1261Mpa ，大齿轮的许用弯曲应力 F 2213Mpa 。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归
18、纳总结yF 齿形系数，对于标准齿轮，通过曲线拟合得可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结小齿轮y0.1690.006666z0.0000854z 2 。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结F 111可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结大齿轮yF 20.28240.0003539z20.00000157z 2可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结2所以有：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结g X 2617098/ x x x 20.1690.6666 10 2 x0.854 10 4 x20可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结
19、121 2 322可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结g X 2137098/ x x x 20.28240.177 10 2 x0.314 10 4 x20可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结131 2 322（ 9）主动轴刚度条件3Pl1 f 48EJ可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结式中： P 作用在小齿轮上的法向压力，N ， P2M1/ mz1 cos，其中为齿可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结4轮压力角，取200 。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结J 轴的惯性矩，对圆形剖面，Jds1/ 64 。可编辑资料 - - -
20、 欢迎下载精品名师归纳总结E 轴材料的弹性模量，5E210 MPa 。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结 f 轴的许用挠度，取 f 0.003l1。所以可以得到：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结g X 0.003x0.01233x 3 x1 x 1x 40可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结1444235（ 10）主动轴的弯曲强度条件：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结M 2 WT 2 b可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结式中： T 轴上的扭矩，TM 1。可编辑资料 - - -
21、 欢迎下载精品名师归纳总结M 轴上的弯矩，N cm ， MP l12M 1l1mz1 cos29050l1。mz1可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结考虑扭矩和弯矩的作用性质差异的系数，取0.58 。 b 轴的许用弯曲应力， b55MPa 。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结W 轴的抗弯剖面系数，对实心轴W0.1d 3 。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结s1带入各参数，并整理得：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结g X 55x 329050x4 20.582730020可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结153x2x3可编辑资
22、料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结（ 11）仿照前面的处理方法可得从动轴弯曲强度条件：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结g X 55x 329050x4 20.5852730020可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结166x2x3可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结总结上述各式，可得到优化设计的数学模型为：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结minf X XE 6可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结s.t. g j X 0 j1,2,.,16可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名
23、师归纳总结即一个具有十六个不等式约束的六维优化问题。四、优化方法挑选及优化结果：1、采纳 MATLAB工具箱进行优化第一在当前 MATLAB的工作目录下建立目标函数文件myfun.m 文件： function f =myfunx f=0.78539815*4.75*x1*x22*x32+85*x1*x2*x32-85*x1*x32+0.92*x1*x62-x1*x52+0.8*x1*x2*x3*x6-1.6*x1*x3*x6+x4*x52+x4*x62+28*x52+32*x62 然后建立约束条件程序confun1.m functionc,ceq=constraintxc1=x2*x3-33c
24、2=16-x1/x3c3=x1/x3-35 c4=44163/x2*x3*sqrtx1-855c5=-261+7098/x1*x2*x32*0.169+0.6666/100*x2-0.854/10000*x22 c6=-213+7098/x1*x2*x32*0.2824+0.177/100*x2-0.314/10000*x22 c7=-0.03*x4+0.01233*x43/x2/x3/x54c8=-55+1/x53*sqrt29050*x4/x3/x22+0.58*273002 c9=-55+1/x63*sqrt29050*x4/x3/x22+0.58*5*273002 c10=0.2-x3
25、c11=10-x5可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结c12=13-x6c13=x5-15c14=x6-20c15=4-x4+x1+0.5*x6ceq=。在命令窗口键入：x0=13,21,0.8,42,12,16。x,f=fminconmyfun,x0,constraint优化结果为：Optimization terminated: first-order optimality measure less than options.TolFun and maximum constraint violation is less than options.TolCon.Active in
26、equalities to within options.TolCon = 1e-006:lowerupperineqlinineqnonlin246111215x =10.419024.57390.651220.919010.000013.0000f = 2.9478e+004原体积： x=13,21,0.8,42,12,16x =13.000021.00000.800042.000012.000016.0000f=0.78539815*4.75*x1*x22*x32+85*x1*x2*x32-85*x1*x32+0.92*x1*x62-x1*x52+0.8*x1*x2*x3*x6-1.6*x1*x3*x6+x4*x52+x4*x62+28*x52+32*x62 f =5.0513e+004可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结体积削减：（ 5.0513-2.9478 ） /5.0513*100%=41.6%可编辑资料 - - - 欢迎下载