裝配圖懲罰函數(shù)法二級圓柱齒輪減速器的優(yōu)化設(shè)計

裝配圖懲罰函數(shù)法二級圓柱齒輪減速器的優(yōu)化設(shè)計,裝配,懲罰,函數(shù),二級,圓柱齒輪,減速器,優(yōu)化,設(shè)計 一、 選題的依據(jù)及意義： 齒輪減速器是原動機(jī)和工作機(jī)之間的獨立的閉式傳動裝置，用來降低轉(zhuǎn)速和增大轉(zhuǎn)矩，以滿足工作需要，在某些場合也用來增速，稱為增速器。其特點是減速電機(jī)和大型減速機(jī)的結(jié)合。無須聯(lián)軸器和適配器，結(jié)構(gòu)緊湊。負(fù)載分布在行星齒輪上，因而承載能力比一般斜齒輪減速機(jī)高。滿足小空間高扭矩輸出的需要。廣泛應(yīng)用于大型礦山，鋼鐵，化工，港口，環(huán)保等領(lǐng)域。與K、R系列組合能得到更大速比。按照齒形分為圓柱齒輪減速器、圓錐齒輪減速器和圓柱—圓錐齒輪減速器; 二級圓柱齒輪減速器就是按其分類來命名的。圓柱齒輪減速器的設(shè)計是按傳統(tǒng)方法進(jìn)行的。設(shè)計人員按照各種資料、文獻(xiàn)提供的數(shù)據(jù)，結(jié)合自己的設(shè)計實驗，并對已有減速器做一番對比，初步定出一個設(shè)計方案，然后對這個方案進(jìn)行一些驗算，如果驗算通過了，方案便被肯定了。顯然，這個方案是可采用的。但這往往使設(shè)計的減速器有很大的尺寸富余量，造成財力、物力和人力的極大浪費。因此，優(yōu)化圓柱齒輪減速器勢在必行。 圓柱齒輪傳動與普通定軸齒輪傳動相比較，具有質(zhì)量小、體積小、傳動比大、承載能力大以及傳動平穩(wěn)和傳動效率高等優(yōu)點，這些已被我國越來越多的機(jī)械工程技術(shù)人員所了解和重視。由于在各種類型的圓柱齒輪傳動中均有效的利用了功率分流性和輸入、輸出的同軸性以及合理地采用了內(nèi)嚙合，才使得其具有了上述的許多獨特的優(yōu)點。圓柱齒輪傳動不僅適用于高速、大功率而且可用于低速、大轉(zhuǎn)矩的機(jī)械傳動裝置上。它可以用作減速、增速和變速傳動，運動的合成和分解，以及其特殊的應(yīng)用中；這些功用對于現(xiàn)代機(jī)械傳動發(fā)展有著重要意義。因此，圓柱齒輪傳動在起重運輸、工程機(jī)械、冶金礦山、石油化工、建筑機(jī)械、輕工紡織、醫(yī)療器械、儀器儀表、汽車、船舶、兵器、和航空航天等工業(yè)部門均獲得了廣泛的應(yīng)用。對這種減速器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，必將獲得可觀的經(jīng)濟(jì)效益。 選做這個畢業(yè)設(shè)計，一方面對于減速器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理也有一定的了解和基礎(chǔ)，其次通過對圓柱齒輪減速器這一畢業(yè)課題設(shè)計可以鞏固我大學(xué)4年來所學(xué)的專業(yè)知識，對于我也是一種檢驗?？梢匀鏅z驗我大學(xué)所學(xué)的知識是否全面，是否能靈活運用到實際生活工作中。在做的過程中我還可以不斷學(xué)習(xí)和拓寬視野和思路，做到理論與實際相結(jié)合的運用。最重要的是對于即將離校走向社會的我是一種挑戰(zhàn)，培養(yǎng)我獨立思考，樹立全局觀念，為以后的我奠定堅實的基礎(chǔ)。 二、 國內(nèi)外研究概況及發(fā)展趨勢（含文獻(xiàn)綜述）： 隨著時代進(jìn)步，科技與時俱進(jìn)，對于齒輪的傳動越來越多的科技因素在起 著主導(dǎo)地位。世界上一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家，如日本、德國、英國、美國和俄羅斯等，對齒輪傳動的應(yīng)用，生產(chǎn)和研究都十分重視，在結(jié)構(gòu)優(yōu)化、傳動性能，傳動功率、轉(zhuǎn)矩和速度等方面均處于領(lǐng)先地位，并出現(xiàn)一些新型的圓柱傳動技術(shù)，如封閉圓柱齒輪傳動、圓柱齒輪變速傳動和微型圓柱齒輪傳動等早已在現(xiàn)代化的機(jī)械傳動設(shè)備中獲得了成功的應(yīng)用。圓柱齒輪傳動在我國已有了許多年的發(fā)展史，很早就有了應(yīng)用。然而，自20世紀(jì)60年代以來，我國才開始對圓柱齒輪傳動進(jìn)行了較深入、系統(tǒng)的研究和試制工作。無論是在設(shè)計理論方面，還是在試制和應(yīng)用實踐方面，均取得了較大的成就，并獲得了許多的研究成果。 近20多年來，尤其是我國改革開放以來，隨著我國科學(xué)技術(shù)水平的進(jìn)步和發(fā)展，我國已從世界上許多工業(yè)發(fā)達(dá)國家引進(jìn)了大量先進(jìn)的機(jī)械設(shè)備和技術(shù)，經(jīng)過我國機(jī)械科技人員不斷積極的吸收和消化，與時俱進(jìn)，開拓創(chuàng)新地努力奮進(jìn)，使我國的齒輪傳動技術(shù)有了迅速的發(fā)展。國內(nèi)減速器行業(yè)重點骨干企業(yè)的產(chǎn)品品種、規(guī)格及參數(shù)覆蓋范圍近幾年都在不斷擴(kuò)展，產(chǎn)品質(zhì)量已達(dá)到國外先進(jìn)工業(yè)國家同類產(chǎn)品水平。?縱觀國內(nèi)減速器行業(yè)的現(xiàn)狀，為保持行業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展在充分肯定行業(yè)不斷發(fā)展、進(jìn)步的同時，更應(yīng)看到存在的問題，并積極研究對策，采取措施，力爭在較短時間內(nèi)能有所進(jìn)展。目前，同外減速器行業(yè)存在的比較突出的問題是，行業(yè)整體新產(chǎn)品開發(fā)能力弱、工藝創(chuàng)新及管理水平低，企業(yè)管理方式較為粗放，相當(dāng)比例的產(chǎn)品仍為中低檔次、缺乏有國際影響力的產(chǎn)品品牌、行業(yè)整體散、亂情況依然較為嚴(yán)重?；诖?，推進(jìn)行業(yè)優(yōu)勢企業(yè)間的購并、整合，盡快形成有著一定的市場影響力的品牌、有較大規(guī)模的和實力、有較強(qiáng)產(chǎn)品研發(fā)和技術(shù)支持能力的這樣若干個集團(tuán)型企業(yè)，如此放能在與國外同行的競爭中保持一定的優(yōu)勢并不斷得以發(fā)展。? 國內(nèi)減速器行業(yè)重點骨干企業(yè)的產(chǎn)品品種、規(guī)格及參數(shù)覆蓋范圍近幾年都在不斷擴(kuò)展，產(chǎn)品質(zhì)量已達(dá)到國外先進(jìn)工業(yè)國家同類產(chǎn)品水平，完全可承擔(dān)起為國民經(jīng)濟(jì)各行業(yè)提供傳動裝置配套的重任，部分產(chǎn)品還出口至歐美及東南亞地區(qū)。? 目前，國內(nèi)各類通用減速器的標(biāo)準(zhǔn)系列已達(dá)數(shù)百個，基本可滿足各行業(yè)對通用減速器的需求。在第一代通用硬齒面齒輪減速器及圓弧圓柱蝸桿減速器系列產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，由西安重型機(jī)械研究落開發(fā)并完成標(biāo)準(zhǔn)化的新一代圓柱及圓錐——圓柱齒輪減速器及圓弧圓柱蝸桿減速器業(yè)已投方市場。新一代減速器的突出特點為不僅在產(chǎn)品性能參數(shù)上進(jìn)一步進(jìn)行于優(yōu)化，而且在系列設(shè)計上完全遵從模塊化的設(shè)計原則，產(chǎn)品造型更加美觀，更宜于組織批量生產(chǎn)，更適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)不斷發(fā)展而對基礎(chǔ)件產(chǎn)品提出的愈來愈高的配套要求。此外，南京高精齒輪股份有限公司也推動了PR系列的模塊式齒輪減速器系列產(chǎn)品。但總體而言，國內(nèi)同外減速器系列產(chǎn)品的開發(fā)及更新工作近幾年進(jìn)展緩慢，與國外同行在此方面的差距有拉大的趨勢。而且與市場的需求也很不適應(yīng)，西安重型機(jī)械研究所及國內(nèi)其他單位今年已著手開始這方面的開發(fā)級標(biāo)準(zhǔn)化工作。????? 在通用減速器的制造方面，國內(nèi)目前生產(chǎn)廠家數(shù)目眾多，如對各種類型的圓柱齒輪機(jī)圓錐——圓柱齒輪或者齒輪——蝸桿減速器系列產(chǎn)品，國內(nèi)主要廠家有南京高精齒輪股份有限公司、寧波東力傳動設(shè)備有限公司、江陰齒輪箱制造有限公司、江蘇泰星減速器有限公司、江蘇金象減速機(jī)有限公司、山西平遙減速機(jī)廠等。對象蝸桿減速器，目前國內(nèi)主要生產(chǎn)圓弧圓柱蝸桿減速器、錐面包絡(luò)圓柱蝸桿減速器、平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿減速器等多種類型，主要生產(chǎn)廠家有江蘇金象減速機(jī)有限公司、首鋼機(jī)械制造公司、杭州減機(jī)廠、杭州萬杰減速劑有限公司、天津萬新減速機(jī)廠、上海浦江減速機(jī)有限公司等，對各種通用圓柱齒輪減速器、包括標(biāo)準(zhǔn)的NGW系列圓柱齒輪減速器，也包括各類回轉(zhuǎn)圓柱減速器及封閉式圓柱齒輪檢錄其等，主要生產(chǎn)廠家有荊州巨鯨動機(jī)械有限公司、洛陽中重齒輪箱有限公司、西安重型機(jī)械研究所、石家莊科一重工有限公司、內(nèi)蒙興華機(jī)械廠等。? 在各類專用傳動裝置的開發(fā)機(jī)制造方面，國內(nèi)近幾年取得的明顯的進(jìn)展，如重慶齒輪箱有限責(zé)任公司生產(chǎn)的MDH28型磨機(jī)邊緣驅(qū)動傳動裝置，其最大功率已達(dá)7000KW，傳動轉(zhuǎn)矩達(dá)5000KN.m，總重46噸，生產(chǎn)的1700熱連軋主傳動齒輪箱子的最大模數(shù)為30，重量達(dá)180噸。由杭州前進(jìn)齒輪箱有限公司生產(chǎn)的gwc70/76型1.2萬噸及裝箱船用齒輪箱，傳動功率已達(dá)6250KW。(轉(zhuǎn)載中國鍛壓網(wǎng))由南京高精齒輪股份有限公司及重慶齒輪箱有限公司生產(chǎn)的里磨系列齒輪箱最大功率已達(dá)3800KW，由西安重型機(jī)械研究所、洛陽重重齒輪箱有限公司、荊州巨鯨傳動機(jī)械有限公司等開發(fā)制造的重載圓柱齒輪箱系列產(chǎn)品在礦山、冶金、建材、煤炭及水電等行業(yè)也都得到了廣泛應(yīng)用，其中西安重型機(jī)械研究所開發(fā)的水泥行業(yè)輥壓機(jī)懸掛系列圓柱齒輪箱的輸入功率已達(dá)1250KW，用于鋁造軋機(jī)的圓柱齒輪箱有司責(zé)任公司、杭州前進(jìn)出論箱有限公司、西安重型機(jī)械研究所開發(fā)的風(fēng)力發(fā)電增速箱系列產(chǎn)品也逐步取代進(jìn)口產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于國內(nèi)風(fēng)電行業(yè)。在大型齒圈的制造方面，國內(nèi)目前最大直徑為9.936米，凈重達(dá)80噸的齒圈已由中信重機(jī)制造完成，并用于武鋼集團(tuán)年產(chǎn)500萬噸氧化球生產(chǎn)線，至此用于大型燒結(jié)機(jī)、磨機(jī)、回轉(zhuǎn)窯的大型驅(qū)動裝置以及用于轉(zhuǎn)爐及燒結(jié)設(shè)備的大型柔性傳動裝置國內(nèi)均可圈套供貨，而無需再行進(jìn)口。???????? 在其他類型新產(chǎn)品的開發(fā)方面，行業(yè)企業(yè)也取得了不少成果，如西安重型機(jī)械研究所開發(fā)的工程車輛變速箱和風(fēng)機(jī)及泵用差動節(jié)能調(diào)速裝置、洛陽中重齒輪箱有限公司的大型礦井提升機(jī)圓柱齒輪箱、江蘇金象減速機(jī)公司的磨機(jī)驅(qū)動齒輪箱、北京太富力傳動有限公司的大型三環(huán)傳動齒輪箱及傳動裝置等，也都受到了市場的歡迎并得以廣泛應(yīng)用。? ???????在行業(yè)企業(yè)的產(chǎn)能擴(kuò)展及技術(shù)改造方面，近幾年呈現(xiàn)出跨越式的發(fā)展，這一方面得益于近幾年市場強(qiáng)勁需求的拉動，另一方面也是受企業(yè)擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模、提升加工制造水平、進(jìn)而提升企業(yè)競爭力的主觀愿望的驅(qū)動，國內(nèi)主要產(chǎn)品廠家近二年購進(jìn)的關(guān)鍵加工設(shè)備，如大型磨齒機(jī)、鏜銑床、技工中心及熱處理設(shè)備等，累計超過200余臺（套），預(yù)計行業(yè)產(chǎn)能擴(kuò)大一倍以上，技改工作的開展固然有提審行業(yè)企業(yè)規(guī)模和生產(chǎn)集中度及競爭力的客觀效果，但由于仍存在行業(yè)企業(yè)數(shù)量多、規(guī)格小及水平參差不齊等實際問題，因之隨著市場需求的回落和國外同行廠商大規(guī)模進(jìn)入國內(nèi)市場，行業(yè)競爭必將進(jìn)一步加劇，這也必將促進(jìn)行業(yè)企業(yè)間的購并、整合甚至轉(zhuǎn)型。 據(jù)有關(guān)資料介紹，人們認(rèn)為目前齒輪傳動技術(shù)的發(fā)展方向如下： （1） 標(biāo)準(zhǔn)化、多品種 目前世界上已經(jīng)有50多個漸開線圓柱齒輪傳動系列設(shè)計；而且還演化出多種形式的圓柱減速器、差速器和圓柱變速器等多種產(chǎn)品。 （2） 硬齒面、高精度 圓柱傳動機(jī)構(gòu)中的齒輪廣泛采用滲碳和氮化等化學(xué)熱處理。齒輪制造精度一般均在6級以上。顯然，采用硬齒面、高精度有利于進(jìn)一步提高承載能力，使齒輪尺寸變得更小。 （3） 高轉(zhuǎn)速、大功率 圓柱齒輪傳動機(jī)構(gòu)在高速傳動中，如在高速汽輪中已獲得日益廣泛的應(yīng)用，其傳動功率也越來越大。 大規(guī)格、大轉(zhuǎn)矩 在中低速、重載傳動中，傳遞大轉(zhuǎn)矩的大規(guī)格的圓柱齒輪傳動已有了較大的發(fā)展。 三、 研究內(nèi)容及實驗方案： 在圓柱齒輪傳動的設(shè)計時，應(yīng)該根據(jù)設(shè)計任務(wù)書所要求該圓柱傳動的要求（原始數(shù)據(jù)及設(shè)計技術(shù)要求），進(jìn)一步分析該傳動所需的使用要求、工作狀況和所需齒輪的機(jī)械特性，首先應(yīng)了解和掌握該圓柱齒輪傳動的已知條件；通常，已知的其原始數(shù)據(jù)為輸入功率、輸入轉(zhuǎn)速、傳動比、工作特性和載荷工況等。 建立優(yōu)化設(shè)計模型，優(yōu)化問題的數(shù)學(xué)是實際優(yōu)化設(shè)計問題的數(shù)學(xué)抽象。在明確設(shè)計變量、約束條件、目標(biāo)函數(shù)之后，優(yōu)化設(shè)計問題就可以轉(zhuǎn)化成一般數(shù)學(xué)問題。采用懲罰函數(shù)法對設(shè)計參數(shù)進(jìn)行約束優(yōu)化，以中心距最小為目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，并與常規(guī)設(shè)計進(jìn)行比較。進(jìn)而繪制出減速器裝配圖及主要零件圖。 二級圓柱齒輪減速器的優(yōu)化設(shè)計的一般原則是： （1）各級傳動的承載能力大致相等（可以最大性能的發(fā)揮減速器的承載能力）； （2）在一定承載能力下，減速器具有最小的外形尺寸和重量； （3）各級傳動中大齒輪的浸油深度大致相等。 四、目標(biāo)、主要特色及工作進(jìn)度 1、設(shè)計目標(biāo)： 設(shè)計出的圓柱齒輪減速器：其輸入功率P=6.2kW，輸入轉(zhuǎn)速n1=1450r/min，總傳動比i=16.5，齒輪的寬度系數(shù)φa=0.4，工作壽命10年，每年工作300天。結(jié)構(gòu)緊湊、傳動功率較高，采用懲罰函數(shù)法，以中心距最小為目標(biāo)進(jìn)行減速器優(yōu)化設(shè)計 2、圓柱齒輪減速器主要特色： 1、重量輕、體積小，結(jié)構(gòu)緊湊、承載能力大 2、傳動效率高 3、傳動功率范圍大，可以實現(xiàn)運動的合成與分解 4、運動平穩(wěn)、抗沖擊和振動的能力較強(qiáng) 5、采用硬齒面技術(shù)，使用壽命長，使用性廣。 3、工作進(jìn)度： 1. 收集資料、開題報告、外文翻譯 3.05－3.25 第1周—第3周 2. 建立優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)模型 3.26－4.8 第4周—第6周 3．編寫優(yōu)化設(shè)計程序、計算 4.11－4.24 第 7周—第9周 4. 減速器常規(guī)設(shè)計計算、結(jié)果分析 4.25－5.6 第10周—第12周 5. 繪制減速器裝配圖及主要零件圖 5.9－5.20 第13周—第14周 6. 撰寫畢業(yè)設(shè)計論文 5.21－5.31 第15周—第16周 7．答辯準(zhǔn)備及論文答辯 6.1－6.2 第17周 五、參考文獻(xiàn) [1]、璞良貴，紀(jì)名剛主編.機(jī)械設(shè)計.第八版.北京：高等教育出版社，2007 [2]、孫靖民主編.機(jī)械優(yōu)化設(shè)計.第三版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005 [3]、方世杰，綦耀光主編.機(jī)械優(yōu)化設(shè)計.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1997.2 [4]、王昆等主編. 機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計手冊.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004 [5]、Carrol, R., and Johnson, G.,“Optimal design of compact spur gear sets”, ASME Journal of mechanisms, transmissions and automation in design. Vol.106, No.1, March 1984, pp.95-101 6