基于MATLAB的齿轮传动优化设计与应用

研究了基于MATLAB平台建立齿轮传动的优化设计模型,描述了利用MATLAB优化工具箱解决车床变速箱换向机构齿轮传动参数优化问题的具体方法.通过实例计算验证该方法简单有效,非常适合工程设计人员使用.     

内平动齿轮传动几何参数的优化设计

为了解决内平动齿轮传动设计中几何参数,特别是变位系数确定困难、计算过程繁琐和计算结果精度不高等问题,探讨渐开线少齿差行星齿轮传动优化设计的方法,采用机械优化设计理论,运用CAD建立了内平动齿轮传动变位系数和啮合角的优化求解数学模型,在优化软件LINGO平台上编程实现了计算过程的自动化和几何参数的优化,得到了一齿差和二齿差内平动齿轮传动变位系数和啮合角的最优值,并结合工程实例,验证了该方法的优越性.计算结果表明:一齿差内齿轮副最小啮合角为53.2°,二齿差最小啮合角为39.3°;一齿差内齿轮副的外齿轮最好采用标准齿轮,内齿轮采用变位系数为0.577的正变位,二齿差内齿轮副的内、外齿轮均须采用正变位,有时变位系数大于1.     

双公用齿轮传动的优化设计

机床变速箱和进给箱中所用的双公用齿轮机构一直采用试算法进行设计，并且没有一个合理判断设计优劣的定量指标，因此较难迅速地获得比较理想的方案。本文提出齿轮传动的当量中心距的概念，并用这个概念分析比较了多种设计指标。在这基础上提出以各齿轮当量面积总和最小作为最优化的目标函数，建立了双公用齿轮优化设计的数学模型。通过电算绘成线图。应用这些线图，可以方便地根据不同要求（即约束条件）求得双公用齿轮传动的最优方案。     

基于智能算法的齿轮优化设计软件的开发

利用ActiveX技术,通过VB语言与Matlab软件混合编程,开发了齿轮优化CAD软件,实现齿轮传动的自动优化设计,极大地提高了齿轮的设计效率和质量。在优化过程中,将人工智能中BP神经网络与遗传优化算法相结合,有效解决局部极小和收敛速度的问题,同时解决含有连续/离散混合变量的齿轮优化问题。     

基于Matlab优化设计的齿轮CAD技术研究

利用MATLAB工具箱对斜齿圆柱齿轮传动进行优化设计．通过高级语言VC 与MATLAB及绘图软件AutoCAD之间的接口．用所得的结果进行参数化绘图．自动完成齿轮零件的建模。本文结合优化设计技术和CAD技术．提出了一个基于齿轮设计与绘图一体化的总体方案．有助于建立齿轮优化设计CAD系统。     

液态施肥装置中椭圆齿轮可靠性设计及仿真

为减小液态施肥机的振动,实现平稳施肥作业,采用结构简单、运转平稳的椭圆齿轮机构作为液态施肥机的执行装置。本文在分析椭圆齿轮传动原理基础上,建立模糊可靠性优化模型。利用MATLAB软件编程,获得椭圆齿轮各优化参数。通过与期望值相比较,优化设计精度达到99.98%,可靠度提高2.551%。运用ADAMS进行仿真,得出从动轮角速度与主动轮极角之间的关系曲线以及传动比仿真值,与理想值相比较,误差精度符合实际工作要求,证明优化结果真实可信。此优化方法及仿真试验提高了椭圆齿轮设计的效率、精度和科学性,为机器的进一步研究提供理论依据。     

风力发电增速箱齿轮传动平稳性优化设计研究

为了提高风力发电增速箱工作的平稳性,以冲击振动理论为基础,使行星齿轮传动在工作中所受冲击动载荷、振动振幅及各级齿轮传动的总体积最小为目标函数,提出了风力发电增速箱中齿轮传动优化设计的数学模型,并利用MATLAB进行编程,得出最优解。     

双公用齿轮变速机构的参数分析

金属切削机床的主轴箱(或床头箱、变速箱)和进给箱中,采用双公用齿轮变速机构传动的越来越多了。本文从一般采用双公用齿轮变速机构传动的角度出发,推导出双公用齿轮传动的相关传动付的速比公式。在此基础上,首先对采用非变位的双公用齿轮变速机构传动付的速比,根据相关作图原理,给出足够多的参数值(实际有用的),藉助电子计算机的帮助,作出非变位的双公用齿轮传动计算相关速比的线图来,以此指导设计计算工作,并为一般传动(变位齿轮传动)计算线图的建立和变速系统的优化设计打下基础。     

基于MATLAB的圆柱齿轮减速器优化设计

为了优化设计圆柱齿轮减速器以体积最小为目标,建立了圆柱齿轮减速器的优化设计数学模型,通过采用Matlab软件中的优化算法,实现圆柱齿轮减速器参数的优化设计,实践证明:利用MATLAB优化工具箱求解优化问题,不用编写大量算法程序,提高了设计效率,算法可靠,非常实用。     

行星齿轮机构传动的数学模型

通过对自动变速器行星齿轮变速机构的运动和转矩传递特性的研究,提出了一种传动分析新方法。该方法基于矩阵理论建立行星排之间联结、约束和转矩传动的数学模型,构建了一个能简便利用MATLAB进行求解的途径。通过实例分析,说明方法普遍适用于复杂行星齿轮变速机构的运动与转矩计算。     

非圆齿轮无级调速特性分析与设计

针对非圆齿轮的时变速比特性，采用多段函数构造法实现了非圆齿轮副预设速比函数的再现设计；结合工程实际，提出了一种新型的非圆齿轮无级调速机构，推导了非圆齿轮无级调速机构的基本参数与输出速比的影响规律。根据机械原理、齿轮啮合理论与现代设计方法，采用SolidWorks和Adams等软件，建立了非圆齿轮无级调速机构的仿真模型，对非圆齿轮无级调速机构进行仿真，结果表明：改变非圆齿轮副间的相位差，该无级调速机构可以得到变化的输出速比，获得了该无级调速机构的输出速比与相位差的影响规律；搭建了非圆齿轮实验台，得到非圆齿轮副的实验速比与理论速比变化趋势一致，最大实验误差6.8%,验证了无级调速机构和非圆齿轮理论分析的可行性和正确性。     

点接触曲线构型内啮合齿轮传动接触特性分析

内啮合齿轮传动具有结构紧凑、体积小、承载能力高等特点,在行星齿轮传动机构中获得广泛应用。为进一步提高内啮合齿轮副传动性能,在齿轮共轭曲线理论的研究基础上,本文提出一种点接触曲线构型内啮合齿轮传动形式,建立点接触曲线构型内啮合齿轮传动基本数学模型,通过空间共轭曲线副实现较灵活的齿面设计,满足高性能使用需求。分析点接触曲线构型内啮合齿轮副接触特性,建立齿面运动分析模型,探讨连续旋转运动下齿面实际啮合特征;提出适用于该内啮合齿轮副的齿面重合度分析计算方法,推导依据空间共轭曲线副评判成型齿面滑动率的一般计算公式,讨论不同参数影响下齿面滑动率变化规律;概述点接触曲线构型内啮合齿轮副齿面法曲率计算原则,提出齿面干涉分析依据等。相关研究为后续构建高性能齿轮传动副奠定理论基础和技术支撑,具有重要的理论意义和工程应用价值。     

基于精密铸造技术的螺旋齿面齿轮拓扑齿面计算机辅助设计

为了获得高啮合稳定性的面齿轮传动机构,提出了一种螺旋齿面齿轮计算机辅助三维拓扑修形设计,获得点接触面齿轮啮合副以避免发生边缘接触的方法。首先建立接触路径修形设计的数学模型,采用虚拟插齿面齿轮原理,通过预先设计的传动误差函数实现了沿期望接触路径的齿面齿廓修形;然后利用计算机辅助设计技术构建沿接触线修形的数学模型,进行了沿接触线方向修形设计;通过修形量的叠加,重构了三维拓扑修形齿面,最终获得点接触双凸型面齿轮传动。最后以两种不同修形参数的螺旋齿面齿轮为例进行了轮齿接触分析(tooth contact analysis, TCA)。结果表明：设计参数与仿真结果高度一致,验证了计算机辅助修形设计方法的合理性。     

二自由度行星齿轮变速器的组合设计法

行星齿轮变速器的设计是一件复杂而困难的工作,故本文对由两个NGW型差动轮系构成的复合轮系进行了分析,从中找出几个适于变速器传动比范围的轮系,并配以制动器,构成传动方案简图,将这些简图和对应的传动比公式和传动比变化范围列入表中.设计时,只需根据变速器所需的传动比数值,从表中选出适合的方案简图进行组合,就得到行星变速器的总体传动方案简图和机构简图,同时,联立求解由表中查得的传动比公式,各轮系齿轮的齿数也能迅速计算出来.     

一种电动汽车用两档自动变速器传动系统的方案设计

电动汽车以可再生清洁的电能为动力,克服了传统内燃机汽车的环境污染和资源短缺问题。变速传动机构作为自动变速器的重要组成部分,它的参数和结构对电机的寿命、电动汽车的续驶里程和动力性能等都有很大的影响。本文基于行星齿轮系理论,拟定出一款两档电动汽车用变速器设计方案,并设计出了一种既满足电机特性又满足道路行驶要求的电动汽车用两档自动变速器的传动系统。     

高阶变性椭圆齿轮的研究与设计

在综合研究高阶椭圆和变性椭圆生成机理的基础上，提出了一种新型非圆齿轮形式——高阶变性椭圆齿轮．采用数学推导与数值计算相结合的方法，建立了以高阶变性椭圆为基础的椭圆族数学模型，提出了最小传动比位置偏移率的概念，以表征周期内传动比曲线的不对称性．研究了在以高阶变性椭圆为节曲线的齿轮传动副中，主动轮与从动轮的转角关系、传动比关系、曲率半径及弧长计算等问题，得到了设计高阶变性椭圆齿轮所需各种参数的求解方法，采用这些方法并结合实际情况，即可设计出满足要求的高阶变性椭圆齿轮副．该设计方法对于普通椭圆齿轮的设计计算也同样适用，因此统一了各种椭圆齿轮的设计过程．     

基于可变约束两级输出的行星轮系机构设计与仿真

可变约束两级输出的行星轮系机构是基于行星轮两自由度结构特点而设计,能实现在传动过程中自动转变输出运动状态.针对本文设计的可变约束两级输出的行星轮系机构,先后进行了传动理论分析、三维模型搭建、运动学和动力学的ADAMS软件仿真和仿真结果分析,初步论证了可变约束两级输出的行星轮系机构的可行性,为以后在过载保护、工况自动选择、信息反馈等机械传动过程方面的应用具有重要价值.     

Design of Optimal Weight for a Gear Transmission System Using Hybrid Taguchi-Genetic Algorithm

The gear transmission system has been widely applied in mechanical systems, and many high-performance applications of these systems require low weight. With the aid of establishing the optimization model of the gear transmission system that consists of an objective function and some constraints (for example, the bending stress, the contact stress, the torsional strength, etc.), the optimal weight design of the gear transmission system can be transformed into the optimization problem for the objective function under the constraints. Moreover, both the shaft and the gear of the gear transmission system are considered simultaneously in our design. The hybrid Taguchi-genetic algorithm (HTGA) is employed to find the optimal design variables and the optimal weight of the system. An illustrated example for the single spur gear reducer is given to show that the optimal weight design problem can be successfully solved using the proposed design scheme. It also proves the high efficiency and feasibility of the algorithm in the gear design.     

有多重虚约束的内平动齿轮传动机构力学分析

建立具有多重虚约束的内平动齿轮传动机构的力学模型. 通过计入各运动副处的接触变形,建立变形协调方程,结合各构件的力学分析,得到其力学模型. 结合具体实例,得到了高速级齿轮的啮合力变化情况,给出了曲柄转矩、平动齿轮轴承力及方位角、支撑轴承力及方位角随曲柄转角变化的规律,分析了设计参数对平动齿轮轴承载荷的影响,给出了两相平动齿轮与内齿轮啮合力的变化规律. 实例分析结果表明,较大的尺寸系数及较小的啮合角对提高轴承的寿命十分有利.     

面齿轮传动新齿形与齿面修形研究现状与展望

面齿轮传动是一种新型的齿轮传动形式,在航空航天领域具有重要的应用,其新齿形与齿面修形研究已成为齿轮传动的研究热点。首先,从齿面展成、啮合理论、设计方法和啮合特性等方面对国内外在面齿轮传动传统齿形的相关研究成果进行了概述;其次,阐述了国内外在新齿形面齿轮传动的啮合理论与设计方法方面的研究现状;再次,详细归纳论述了面齿轮传动在面齿轮齿面修形与小轮齿面修形两个方面的重要研究进展;最后,总结展望了今后面齿轮传动在新齿形加工、修形齿面的啮合分析、修形齿面的承载能力分析、修形优化设计、软件开发等方面的研究方向。