直齿圆柱齿轮传动的优化设计
直齿圆柱齿轮的结构设计
目录摘要 (2)一引言 (3)二齿轮的设计计算 (4)2.1 选择材料、热处理方法及精度等级 (4)2.2 齿面接触疲劳强度设计齿轮 (4)2.3主要参数选取及几何尺寸计算 (5)2.4 .齿轮结构设计 (5)三绘制齿轮图、零件图、三维造型 (7)四结束语 (8)五参考文献 (9)摘要齿轮是广泛应用于机械设备中的传动零件。
它的主要作用是传递运动、改变方向和转速。
根据齿轮的工况，合理的设计齿轮的结构，使得齿轮传动平稳有足够的强度。
通过强度计算、材料的选择、热处理方法精度选择、几何尺寸计算。
考虑齿面接触疲劳强度和齿根曲面疲劳强度得出齿轮的结构。
关键词：齿轮传动、齿轮精度、热处理、疲劳强度一引言随着我过工业的发展，齿轮是现代机械中应用最广泛的一种机械传动零件。
它的结构设计随着工业的需要而改变。
齿轮的结构设计与齿轮的几何尺寸、毛坯、材料、加工方法、使用要求及经济性等因素有关。
进行齿轮的结构设计时，必须综合地考虑上述各方面的因素。
通常是先按齿轮的直径大小，选定合适的结构形式，然后再根据荐用的经验数据，进行结构设计。
随着科技技术的不断进步，生产都向着自动化、专业化和大批量化的方向发展。
这就要求企业的生产在体现人性化的基础上降低工人的生产强度和提高工人的生产效率，降低企业的生产成本。
现代的生产和应用设备多数都采用机电一体化、数字控制技术和自动化的控制模式。
在这种要求下齿轮零件越发体现出其广阔的应用领域和市场前景。
特别是近年来与微电子、计算机技术相结合后，使齿轮零件进入了一个新的发展阶段。
在齿轮零部件是最重要部分，因需求的增加，所以生产也步入大批量化和自动化。
为适应机械设备对齿轮加工的要求，对齿轮加工要求和技术领域的拓展还需要不断的更新与改进。
二齿轮的设计计算2.1 选择材料、热处理方法及精度等级齿轮传动的承载能力主要取决于轮齿的材料和几何尺寸，因此，选择适宜的材料及热处理方法是齿轮设计的一个重要环节。
选择轮齿的材料及热处理方法：1）使材料具有较好的抗失效性能，齿面具有足够的硬度和耐磨性，以使齿面有叫好的抗点蚀、胶合、磨损和抗塑性变形的能力；齿体具有较高的弯曲强度和冲击韧性，以保证在变载荷和冲击载荷下不致断齿。
圆柱齿轮减速器的优化设计
& 前言
柱齿轮减速器是将齿轮封 闭 在 刚 性 的 箱 体 内 $ 其 润 滑 及维护等条件较好 $ 在重要的齿 轮 传 动 中 应 用 广 泛 % 在 设 计这类减速器时 $ 齿轮的齿数 # 模 数 的 选 择 以 及 齿 数 比 的 分配 $ 是设计中的重要问题 % 齿 数 # 模 数 选 择 合 理 $ 双 级 或多级减速器的齿数比分配恰当 $ 可 使 齿 轮 传 动 的 外 廓 尺 寸较小 $ 结构紧凑及成本降低 %
’& ( 软齿面单级减速器的优化设计 由齿面接触疲劳强度的设计公式
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机电工程技术 !""# 年第 $$ 卷第 % 期
研究与开 发
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刘 和 平 等 1 E8A$!"FG!#"H @A> 结 构 ’ 原 理 及 应 用 北京 ! 北京航空航天大学出版社 " !""!1$ 张
圆柱齿轮传动的最优化设计
已知 一 由 电机 拖 动 ， 于通 用 机 械 的 闭 式 直 用
（ ） 数 条 件 ２齿 因 为 ２ １ ３ ， 以有 ： ５ｓ ５ 所
ｇ （ ） ＝ ２ 一 Ｘ ０ ３ ５ ｓ ２ ｇ （ ）： Ｘ ４ ２— ３ ０ ５
齿 圆柱 齿 轮传 动 机 构 ， 传 递 功 率 Ｐ，＝ ２ Ｗ； 其 ２ｋ
转速 ｎ １＝７ ０ｒ ｍ ｎ 齿 数 比 “ ： ３ 大 小齿 轮 材 ８ ｉ； ／ ； 料均 为 ４ 钢 ， ５ 小齿 轮 调 质 处 理 ， 度 为 ＨＢ ３ ； 硬 ２ ０ 大齿 轮 正 Ｋ 处 理 ， 度 为 Ｈ ２ ０ 齿 轮 制 造 精 度 硬 Ｂ０； 均 为 ８级 ； 轮 在轴 上 作非 对 称 布置 ， 齿 工作 中有 中 等 冲击 ， 轮单 向 回转 ． 齿
关 键 词 ：最 优 化 ；ｏ ｅ 法 ； 学 模 型 ； 齿 圆 柱 齿 轮 ． Ｐｗｌ ｌ 数 直 文 献 标 识 码 ：Ａ 中 图 分 类 号 ：ＴＨ １２ ３
圆柱 齿 轮 传 动 在 工 程 中应 用 很 广 ． 者 针 对 笔 广 大 工程 技 术人 员 习惯 于传 统 的设 计 方 法 的实 际 情 况 提 出 了知 己 的新 见解 ． 传统 设 计 不仅 效 率低 ， 而且 结构 难 以优 化 ． 了改进 传 动 性 能 ， 高承 载 为 提
基于蚁群算法的直齿圆柱齿轮传动优化设计
短， 那么 ， 渐渐地更多的蚂蚁被吸引到这条较短的路径上来 。 最后 ， 经过 段时间运行 ， 可能会出现一条最短 的路径被大多数蚂蚁重复行走 着。 因此 ，由大量蚂蚁组成的群体 的集体行为实际上构成一种获取信息的 正反馈现象： 某一条路径上走过 的蚂蚁越多 即留下的分泌物越多 ， 蚂蚁 选择这条路径 的概率就越大。蚂蚁 的个体间就是通过这种信息的交 流 寻求通向食 物的最短路径。 蚁群算法就是根据这一现象 ， 模拟 了其优化 机制 ， 即通过个体之间信息的交流与相互协作最终找到最优解 。 蚁群算法具有智能搜索 、 全局优化 、 健性 、 稳 正反馈 、 分布式计算 、 易与其它算法结合等特点 ，特别是对 函数优化 问题的数学模型没有 具 体要求 ， 只要 能够 数学建模 ， 就可以正确求解 ， 而且寻优效果显 著。因 此， 蚁群算法为诸多领域解决 复杂化问题提供 了强有力的运算工具 。 ２函数优化的蚁群算法的过程及其数学模型 ． 根据 Ｍａ．Ｄ ｒ ｏ ｒｏ ｏｉ 等人提出的蚂蚁群体优化 的元启发式规则 ， ｃ ｇ 函数 优化问题的蚁群算法过程为以下四个阶段 ： ） （ 算法没有满足约束条件（ １ 包 括算法取得最优解 、 循环次数达到最大值 、 解在某循环次数 内改进） ， 时 选择蚂蚁下一条路径 ； ） （ 信息激素浓度 的挥发 ， ２ 计算蚂蚁走过的路线的 长度 ； ） （ 根据群体蚂蚁 的全局信息更新信息激素 ， ３ 主要完成单个蚂蚁无 法完成的任务； １ ｆ满足约束条件 ， ４ 结束任务。 在工程实践中， 许多优化 问题都带有一定 的约束 条件 ， 此类问题 对 的处理最终可归结 为对一个带 有约束条件 函数 的优化 。假定 函数优化
１蚁 群 算 法原 理
蚁群算法是 Ｍ ｒ ｏ ｇ 等人 通过对 自然界中蚂蚁群体集体行为 ａ ｏ ｒｏ ｃＤ ｉ 的研究而提出的一种基于种群 的模拟化和随机搜索算法。大量 实践观 察及研究表明，自然界 蚂蚁在 自己行走 的路途中会留下一种挥 发性 的 分泌物 ， 称之为信息激素， 而其后面的蚂蚁是根据前面蚂蚁走 过时留下 的分泌物即信息量的多少来选择前进的路径 。 具体来说 ， 各个蚂蚁在没 有事先告诉他们食物在什么地方 的前提下开始寻找食物 ，当一只蚂蚁
直齿圆柱齿轮传动的受力分析和载荷计算
齿轮的受力方向： 根据齿轮的工作 状态，确定受力 方向是垂直于齿 轮轴线还是平行 于齿轮轴线。
齿轮的受力大小： 根据齿轮的工作 条件、材料、转 速等因素，计算 齿轮的受力大小。
齿轮的受力分析： 分析齿轮在传动 过程中所受到的 力，包括主动轮 上的驱动力和从 动轮上的阻力。
齿轮的受力计算： 根据齿轮的几何 尺寸、转速、材 料等因素，计算 齿轮的受力，为 齿轮的强度校核 和设计提供依据。
齿轮热效应：齿轮传动过程中的摩擦和发热，导致齿轮变形和热不平衡，引起齿轮振动和噪 声
齿轮制造误差：如齿形误差、齿距 误差等
齿轮动态特性：如固有频率、阻尼 比等
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装配误差：如中心距误差、轴线平 行度误差等
工作条件：如负载大小、转速高低、 润滑条件等
振动频率：分析齿轮的振动频率，判断是否符合设计要求。 振动幅度：测量齿轮的振动幅度，判断是否在允许范围内。 噪声等级：根据齿轮的噪声等级，评估其对环境的影响程度。 动态响应：分析齿轮的动态响应特性，评估其抗干扰能力和稳定性。
单击此处添加标题
齿轮的效率对于齿轮传动系统的性能和可靠性具有重要影响，是评估齿轮传动系 统性能的重要指标之一。
单击此处添加标题
在直齿圆柱齿轮传动中，其效率计算公式为：η=1-(d/D)，其中η为齿轮的效率， d为齿轮的分度圆直径，D为齿轮的齿传递的功率与输入功率之比 计算公式：效率=输出功率/输入功率 影响因素：齿轮的制造精度、润滑条件、传动装置的装配精度等 提高效率的方法：优化设计、提高制造和装配精度、改善润滑条件等
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汇报人：XX
CONTENTS
直齿圆柱齿轮的模糊优化设计
＋Ｏ１ ８ × ３ ）ｘ ３ ×（ （ ） （ ）） 一［ ≤Ｏ （ ） ． ５ （）／ （ ） １ × ２ ）） ｄ ］ ６ ４
小 齿 轮
１ ２ ２齿 根 弯 曲 疲 劳 强 度 约 柬 ．．
１ 模 糊 优 化 设 计 的 数 学 模 型
１ １目标 函 数 和 设 计 变 量 ．
摘 要 ： 用模 糊 优 化 理 论 对 直 齿 圆柱 齿 轮 进 行 模 糊 优 化 设 计 ， 运 用二 级 模 糊 综 合 评 判 法 对 设 计 中诸 多影 响 因 素 的 模 糊 性 进 行 了定 量描 述 和 处理 ， 获 得 了 比常 规 优 化 设 计 更 紧凑 的 结 构 ， 明 模 糊 优 化 设 计 是 一 种 更 符 合 客 观 实 际 的 科 学 设 计 方 并 说
。” 。
一ｕ ＋ ： 『 （ ＋ ） ， ） ｌ Ｉ １ １ ７
文 章 编 号 ：０ ２ ８ ６ ２ ０ ） １ ０ ４ —０ １ ０ —６ ８ （ ０ ８ ０ — ０ ７ ２
直 齿 圆柱 齿 轮 的 模 糊 优 化 设 计
陈远 伟
（ 四川 达 州职 业 技 术 学 院 ， 川 达 州 ６ ５ ０ 四 ３ ０ ０）
方 法未 考虑 齿轮传 动 中许用应 力 的界 限等各 种 模糊 凶素 ， 致使设计 结果 难 以符 合 客 观 实 际 。本 文 以直 齿 圆 柱 齿 轮
传 动 为 例 ， 齿 轮 传 动 的模 糊 优 化 设 计 进 行 了 探 索 。 对
已 知 一 由 电 机 驱 动 ， 于 矿 山 机 械 的 闭 式 直 齿 圆 柱 齿 用
Ａ ｂ ｔａｃ ：Ｓｐｕｒｇ ａｒｄ ｉｅ ｒ ｅ ｉ ｅｄ ｂ ｓ ｄ ｏ ｕ ｚ ｔｍ ｉａ ｉｎ ｔ ｏｒ Ｔ ｈ ｕ ｚｎ ｓ ａ ｏ ｐｌｘ ｆｃ ｏｒ ｎ ｄ ｓｇ ｓｒ ｔ ｅ ｒｖ ｓ ａ ｅ ｄ ｓｇｎ ａ ｅ ｎ ｆ ｚ ｙｏｐ ｉ ｚ ｔｏ ｈｅ ｙ． ｅ ｆ ｚ ｉ ｅ ｓｏｆｍ ｎｙ ｃ ｍ ｅ ａ ｔ ｓｉ ｅ ｉ— ｎ ｎ ｐ ｅ ｒ ｄ ｉｅ ｓｄｅ ｃ ｉ ｄ ａ ｏｃ ｓ ｅ ｕａ ｉａ ｉ ｅｙ ｗｉｈ ｔ ｅ ｔ — ｔ ｇｅ ｆ ｚ ｙ ｃ ｐｒ ｈｅ ｉ ｖ ｌ ａ ｉ ｅ ｈ ｉ ｇ ｓ ｕｒｇ ａ ｒｖ ｓ ｉ ｓ ｒｂｅ ｎｄ ｐｒ ｅ ｓ ｄ ｑ ｎｔｔ ｔｖ ｌ ｔ ｈ ｗｏ ｓ ａ ｕ ｚ ｏｍ ｅ ｎｓｖｅ ｅ ａ ｕ ｔｏｎ ｍ ｔ ｏｄ， ｎｄ ａ ａ ｍ ｕ ｈ ｍ ｏ ｅ ｃ ｍ ｐ ｃ ｔ ｕ ｔ ｒ ａ ｅ ｎ ａ ｈ ｅ ｅ ｈａ ｎ ｃ ｎｖ ｎｔｏｎ ｔｍ ｉａ ｉｎ ｄ ｓｇｎ ｃ ｒ ｏ ａ ｔｓｒ ｃ ｕ ｅ ｈ ｓ ｂ ｅ ｃ ｉ ｖ ｄ ｔ ｎ ｉ ｏ ｅ ｉ ａｌ ｏｐ ｉ ｚ ｔｏ ｅ ｉ ．Ｔ ｈｓ ｓ ｏｗｓ ｔ ａ ｈ ｕ ｚ ｉ ｈ ｈ ｔｔ ｅ ｆ ｚ ｙｏｐｔｍ ｉａ ｉｎ ｉ ｚ ｔｏ ｄ ｓｇ ｓ ａｍ ｏｒ ａ ｔｃ ｌａｎ ｃｅ ｉｉ ｓｇｎ ｍ ｅ ｈ ． ｅ ｉｎ ｉ ｅ ｐｒ ｃ ｉａ ｄ ｓ ｉｎｔｆｃ ｄｅ ｉ ｔ ｏｄ Ｋｅ ｒ ｓ ｔ ｕ ｚ ｙ ｗｏ ｄ ： ｈｅ ｆ ｚ ｙ ｏｐｔｍ ｉａ ｉ ｓｇｎ；ｕｚ ｙ ｃ ｍ ｐ ｅｈ ｎｓｖ ｖ ｌ ａ ｉ ｎ； ｓｇｎ ｏ ｐｕ — ａ ｉ ｓ ｉ ｚ ｔｏｎ ｄｅ ｉ ｆ ｚ ｏ ｒ ｅ ｉｅ ｅ ａ ｕ ｔｏ ｄｅ ｉ ｆｓ ｒｇｅ ｒｄｒｖｅ
机械优化设计题目
机械优化设计题目1、一直园杆，用锻铝制造，其强度极限δB=490Mpa，屈服极限δS=380Mpa，杆的直径d=25mm，承受轴向载荷P=45000N，弯矩M=17.5N.m，扭矩T=46.1N.m。
试用第三强度、第四强度理论计算杆的安全系数的最大值。
2、某一设备中的非变位普通圆柱蜗杆传动，蜗杆由电动机驱动，n1=1440r/min，传动比i=21。
由于结构限制，应使蜗杆传动的中心距a≤200mm。
蜗杆用45号钢淬火(HRC>45)，蜗轮采用ZQ19-4砂模铸造，滚刀加工，Z2<80。
折合一班制工作，使用寿命7年，单向传动，工作稳定。
试按传递最大功率的要求确定主要参数。
3、某一设备中的非变位普通圆柱蜗杆传动，蜗杆由电动机驱动，n1=1440r/min，传动比i=21。
由于结构限制，应使蜗杆传动的中心距a≤200mm。
蜗杆用45号钢淬火(HRC>45)，蜗轮采用ZQ19-4砂模铸造，滚刀加工，Z2<80。
折合一班制工作，使用寿命7年，单向传动，工作稳定。
试按具有最大啮合效率的要求确定主要参数。
4、设计一压缩圆柱螺旋弹簧，要求其质量最小。
最大工作载荷P max=450(N)，最小工作载荷P min=200(N)，弹簧工作行程要求不少于10(mm)，弹簧材料为65Mn，III类载荷弹簧，弹簧端部结构为YIII型，疲劳强度设计安全系数S F=1.2。
(三维14约束)5、已知直齿圆柱齿轮传动的参数如下：法面压力角αn=20º，法面齿顶高系数h an*=1.0，法面径向间隙系数c n*=0.25，齿数Z1=50，Z2=80，许用齿顶厚系数[S a*]=0.25，重合度许用值[ε]=1.2，节点进入双齿啮合区深度系数δ=0.6，求该齿轮副的最优法面变位系数X n1、X n2的和。
(参考机械原理课本，二维七个不等式一个等式约束)6、一受静载荷圆柱螺旋压缩弹簧，已知工作压力F=700N，弹簧材料选用50C r V A，其密度ρ=7.8g/cm3，切变模量G=8.1Χ10-4Mpa，许用剪应力[τ]=444Mpa，设弹簧中径为D，弹簧丝直径为d，弹簧总圈数为n，有效圈数为n1(n1=n-n2，n2为弹簧支承圈数)，要求最大变形量10mm，压并高度不大于50mm，弹簧内径不小于16mm，以重量最轻为目标函数优化设计该弹簧。
直齿圆柱齿轮设计步骤
直齿圆柱齿轮设计1.齿轮传动设计参数的选择齿轮传动设计参数的选择：1）压力角α的选择2）小齿轮齿数Z1的选择3）齿宽系数φd的选择齿轮传动的许用应力精度选择压力角α的选择由《机械原理》可知，增大压力角α，齿轮的齿厚及节点处的齿廓曲率半径亦皆随之增加，有利于提高齿轮传动的弯曲强度及接触强度。
我国对一般用途的齿轮传动规定的压力角为α=20o。
为增强航空有齿轮传动的弯曲强度及接触强度，我国航空齿轮传动标准还规定了α=25o的标准压力角。
但增大压力角并不一定都对传动有利。
对重合度接近2的高速齿轮传动，推荐采用齿顶高系数为1～1.2，压力角为16 o～18 o的齿轮，这样做可增加齿轮的柔性，降低噪声和动载荷。
小齿轮齿数Z1的选择若保持齿轮传动的中心距α不变，增加齿数，除能增大重合度、改善传动的平稳性外，还可减小模数，降低齿高，因而减少金属切削量，节省制造费用。
另外，降低齿高还能减小滑动速度，减少磨损及减小胶合的可能性。
但模数小了，齿厚随之减薄，则要降低齿轮的弯曲强度。
不过在一定的齿数范围内，尤其是当承载能力主要取决于齿面接触强度时，以齿数多一些为好。
闭式齿轮传动一般转速较高，为了提高传动的平稳性，减小冲击振动，以齿数多一些为好，小一些为好，小齿轮的齿数可取为z1=20~40。
开式（半开式）齿轮传动，由于轮齿主要为磨损失效，为使齿轮不致过小，故小齿轮不亦选用过多的齿数，一般可取z1=17~20。
为使齿轮免于根切，对于α=20o的标准支持圆柱齿轮，应取z1≥17。
Z2=u·z1。
齿宽系数φd的选择由齿轮的强度公式可知，轮齿越宽，承载能力也愈高，因而轮齿不宜过窄；但增大齿宽又会使齿面上的载荷分布更趋不均匀，故齿宽系数应取得适合。
圆柱齿轮齿宽系数的荐用值列于下表。
对于标准圆柱齿轮减速器，齿宽系数取为所以对于外捏合齿轮传动φa的值规定为0.2，0.25，0.30，0.40，0.50，0.60，0.80，1.0，1.2。