陕西科技大学毕业设计（论文）说明书 第2页
第一章 概 述
1.1 机械优化设计与减速器设计现状
机械优化设计是在电子计算机广泛应用的基础上发展起来的一门先进技术。它是根据最优化原理和方法，利用电子计算机为计算工具，寻求最优化设计参数的一种现代设计方法。
实践证明，优化设计是保证产品具有优良的性能、减轻重量或体积、降低成本的一种有效设计方法。
机械优化设计的过程是首先将工程实际问题转化为优化设计的数学模型，然后根据数学模型的特征，选择适当的优化设计计算方法及其程序，通过计算机求得最优解。
概括起来，最优化设计工作包括两部分内容：
（1） 将设计问题的物理模型转变为数学模型。建立数学模型时要选取设计变量，列出目标函数，给出约束条件。目标函数是设计问题所要求的最优指标与设计变量之间的函数关系式。
（2） 采用适当的最优化方法，求解数学模型。可归结为在给定的条件（例如约束条件）下求目标函数的极值或最优值问题。
减速器作为一种传动装置广泛用于各种机械产品和装备中，因此，提高其承载能力，延长使用寿命，减小其体积和质量等，都是很有意义的，而目前在二级传动齿轮减速器的设计方面，许多企业和研究所都是应用手工设计计算的方法，设计过程琐碎而且在好多方面都是通过先估计出参数然后再校核计算的过程。这对于设计者来说是枯燥无味的，进行的是重复性工作，基本没有创造性；对于企业来说增加了产品的成本且不易控制产品质量。这些对提高生产力，提高经济效益都是不利的。现代最优化技术的发展为解决这些问题提供了有效途径。目前，最优化方法在齿轮传动中的应用已深入到设计和研究等许多方面。例如，关于对齿面接触强度最佳齿廓的设计；关于形成最佳油膜或其它条件下齿轮几何参数的最优化设计；关于齿轮体最优结构尺寸的选择；关于齿轮传动装置传动参数的最优化设计；在满足强度要求等约束条件下单位功率质量或体积最小的变速器的最优化设计；以总中心距最小和以转动惯量最小作为目标的多级齿轮传动系统的最优化设计；齿轮副及其传动系统的动态性能的最优化设计（动载荷和噪音最小化的研究，惯性质量的最优化分配及弹性参数的最优选择）等。即包括了对齿轮及其传动系统的结构尺寸和质量，齿轮几何参数和齿廓形状，传动参数等运动学问题，振动、噪音等动力学问题的最优化。
本次毕业设计就是针对二级圆柱齿轮减速器的体积进行优化设计，其意义在于利用已学的基础理论和专业知识，熟悉工程设计的一般过程，同时把先进的设计方法、理念应用于设计中，为新技术时代的到来打下基础。
1.2 课题的主要任务
1. 两人合作完成减速器的设计计算，优化程序； 2. 绘制装配图，零件图；
3. 确定可行的优化设计方法，编写计算机程序，并调试通过； 4. 完成3万字以上的设计说明书； 5. 零件的详细设计准则；
6. 确定出目标函数，各种约束条件。 1.3 课题的任务分析
从设计任务可知本设计的任务分为两个部分：一是进行二级圆柱齿轮减速器的一般设计；二是进行二级圆柱齿轮减速器的优化设计。
一般设计包括减速器的设计、校核、计算，绘制装配图、零件图和部分设计说明书的工作。 优化设计主要是完成减速器数学模型的建立，确定目标函数，各种约束条件；确定优化设计的方法；编写计算机程序，并调试通过；编写设计说明书。
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第二章 二级圆柱齿轮减速器的一般设计过程
2.1 传动装置运动和参数的确定
2.1.1 设计参数 公称速比：31.5
工作寿命：15年 两班制 每班8小时 装配形式：（如图2－1所示）
转速：1000r/min 输入功率：5.5KW
2.1.2 基本运动参数的确定
按展开式布置，为使两级大齿轮直径相近，查得i1=7.23,i2=i/i1=31.5/7.23=4.36 T1=95490*P1/n1=95490*5.5/1000=52.9195Nm 各轴转速：
1000?138.31r/min 7.231000?31.75r/min n3?n1?i? 31.5n2?n1?i1?各轴输入功率：
P1?5.5KW
P2?P1??12?5.5?0.97?0.98?5.12KW
P3?P2??23?P1??23??12?5.12?0.97?0.98?4.87KW
各轴输入转矩：
T1?52.92N?m
T2?T1?i1??12??01?52.92?7.32?0.97?0.98?0.96?349.16N?m T3?T2?i2??23?349.16?4.36?0.97?0.98?1447.14N?m
以上各参数列表如下：
轴名 I轴 II轴 III轴 功率P(KW) 输入 5.5 5.12 4.87 输出 5.28 5.02 4.77 转矩T(Nm) 输入 52.92 356.29 1476.68 输出 50.80 349.16 1447.14 转速n 传动比I 1000 138.31 31.75 4.36 0.95 效率 7.23 0.96 2.2 齿轮设计部分
2.2.1 第一级齿轮 1．选初值： 1>直齿圆柱齿轮传动
2>一般工作情况，故选用7级精度（GB10095-88）
3>材料选择：根据齿轮工作状态及受力情况，选择小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS，二者材料硬度差为40HBS。
4>初选小齿轮齿数为Z1=24，大齿轮齿数为Z2=24*7.23=173.52，取Z2=174 2．修正参数及强度校核 Ⅰ.按齿面接触强度设计 由公式 d1t?2.233KtT1u?1Z??(E)2进行试算 ?du[?H]1) 确定公式内的各计算数值 （1） 试选载荷系数： Kt=1.3 （2） 转矩T1=52.92Nm （3） 选取齿宽系数：?d=1
（4） 查得材料的弹性影响系数：ZE?189.8M?Pa小齿轮：?Hlim1?600MPa
大齿轮：?Hlim2?550MPa
1/2，查得接触疲劳强度极限：
（5） 计算应力循环次数：
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N1?60n1jLh?60?1000?1?12?8?300?15?4.32?109N2?4.32?10?7.23?5.975?1098
（6） 查得接触疲劳寿命系数：KHN1?0.90 ， KHN2?0.96 （7） 计算接触疲劳许用应力
取失效概率为1%，安全系数 S=1，则有
KHN1??Hlim1?0.9?600?540MPa
SK??[?H]2?HN2Hlim2?0.96?550?522.5MPa
S[?H]1?2）计算
（1） 试算小齿轮分度圆直径d1t，代入[?H]中较小的值，则有
d1t?2.2333KTZu?1t1??(E)2?du[?H]1.3?5.292?1048.26189.82?2.32???() 17.23522.5?50.526mm（2） 计算圆周速度v
v?（3） 计算齿宽
?d1tn160?1000???50.526?100060?1000?2.65m/s
b??d?d1t?1?50.526?50.526mm
（4） 计算齿宽与齿高之比b/h
模数：mt?d1t/Z1?50.526/24?2.105mm
齿高：h?2.25mt?2.25?2.105?4.74mm 所以：b/h?0.625/4.74?10.68
（5） 计算载荷系数
根据v=2.65m/s, 7级精度，查得Kv?1.10
又：直齿轮，假设KAFt/b?100N/mm，查得KH??KF??1.2 查得使用系数KA?1。 小齿轮相对支承非对成布置时，
KH??1.12?0.18(1?0.6?d)?d?0.23?10?3b
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