单级直齿圆柱齿轮减速器优化结构设计
一、课程设计目的：
1、 通过本次设计，综合运用《机械设计基础》及其它有关先修课程的理论和实际知识，使所学的知识进一步巩固、深化、发展。
2、 本次设计是高等工科学校学生第一次进行比较完整的机械产品设计，通过此次设计培养学生正确的设计思想和分析问题、解决问题的能力，掌握机械设计的基本方法和步骤。
3、 使学生能熟练的应用有关参考资料、图册和手册，并熟悉有关国家标准和其它标准，以完成一个工程技术人员在机械设计方面所必须具备的基本训练。
二、课程设计的任务
1、减速器装配草图1张A0图纸 。
2、零件工作图2张A2或A3图纸。（传动零件齿轮、轴或箱体）
3、设计计算说明书一份，内容包括：拟定机械系统方案，进行机构运动和动力分析，选择电动机，进行传动装置运动动力学参数计算，传动零件设计，轴承寿命计算、轴（按弯扭合成强度计算）、键的强度校核，选择联轴器等，约8000字。 三、课程设计时间安排：
1、传动装置总体设计、传动件计算：2天 2、装配草图设计：2天 3、正式装配图设计：3天 4、绘制零件图：1天 5、完成说明书：2天
四 圆柱齿轮减速器及其优化设计概述
1.1圆柱齿轮减速器概述：
圆柱齿轮减速机，是一种动力传达机构，其利用齿轮的速度转换器，将电机的回转数减速到所要的回转数，并得到较大转矩的装置。圆柱齿轮减速机是一种相对精密的机械，使用它的目的是降低转速，增加转矩。 圆柱齿轮减速机的齿轮采用渗碳、淬火、磨齿加工，承载能力高、噪声低；主要用于带式输送机及各种运输机械，也可用于其它通用机械的传动机构中。它具有承载能力高、寿命长、体积小、效率高、重量轻等优点，用于输入轴与输出轴呈垂直方向布置的传动装置中。。圆柱齿轮减速器广泛应用于冶金、矿山、起重、运输、水泥、建筑、化工、纺织、印染、制药等领域。
1.2单级直齿圆柱齿轮减速器的优化设计概述
圆柱齿轮减速器是各类机械设备中广泛应用的传动装置，因此，如何设计出体积小、质量轻、成本低但却承载能力强、使用寿命长的圆柱齿轮减速器，一直是设计人员关注的重要课题。实践表明，传统的减速器设计一般通过反复的试凑、校核确定设计方案，是一种以经验类比为基础的设计方法，带有极大的主观随意性，虽然也能获得满足给定条件的可用的设计方案，但一般不是最佳的。只有采用优化设计的方法，才是解决上述设计课题的有效途径。
减速器的优化设计，一般是指在给定功率P、齿数比u、输入转速n1以及其他技术条件和要求下，找出一组使减速器的某项经济技术指标打到最优的设计参数。圆柱齿轮减速器的类型与结构形式有很多种，工作条件和设计要求也各种各样，难以用统一的数学模型描述不同类型、不同结构及不同条件与设计要求的减速器的优化设计问题。通常，对不同类型的减速器，选取的设计变量是不同的。例如，对于展开式圆柱齿轮减速器，可取齿轮齿数、模数、齿宽、螺旋角及变位系数等为设计变量；对于行星齿轮减速器，设计变量除上述参数外，还可以加上行星轮个数。根据减速器工作条件和设计要求的不同， 目标函数也不同。例如，对中心距没有严格要求的减速器，可取减速器最大尺寸最小、体积最小或总质量最小为设计目标；对给定中心距的减速器，则可取承载能力最大为设计目标，减速器的类型、结构形式不同，约束函数也不完全一样。设计约束一般包括边界约束和性能约束两类。边界约束有最小模数、不根切 的最小齿数、螺旋角、变位系数、齿宽系数等的约束；性能约束则有接触强度、弯曲强度、总速比误差、过渡曲线不发生干涉、重合度、齿顶厚等的约束。而对于行星齿轮减速器来说，还应增加装配条件、同心条件和邻接条件等的限制。
五.建立数模型
2.1确定设计变量
如图（题目）所示，减速器的体积主要决定于箱体内齿轮和轴的尺寸，根据齿轮几何尺寸及结构尺寸的计算公式，单极圆柱齿轮减速器箱体内齿轮和轴的总体积v可近似的表示为
v???d42s221?db1?2s1????2?
?d?l1?l2??D?D?b2?c??4?d0c?44?4?'22'21????d422?d2s2?b2??4ds21?l1?l3??（2-1）
由上式克制，单极标准直齿圆柱齿轮减速器优化设计的设计变量可取为
b?b?b0这里近似取12
2.2确定目标函数
'D??5m参照图7-5及根据有关结构设计的经验公式将这些经验公式有、2?d2?2?、
D'1?1.6ds2、d0?0.25?D'2?D'1?、c?0.2b，并取l2?32mm、l3?28mm将这些经验公
式及数据代入式（2-1）且用设计变量来表示，整理得目标函数的表达式为
222222f?x??0.785398154.75x1x2x3?85x1x2x3?85x1x3?0.92x1x6?x1x52222??0.8x1x2x3x6?1.6x1x3x6?x4x5?x4x6?28x5?32x6? （2-2）
3.3 确定约束函数
1）为避免发生根切，应有z1?zmin?17应有于是得约束函数 g1?x??17?x2?0 （2-3）
2）根据工艺装备条件，跟制大齿轮直径d2不超过1500mm故小齿轮直径d1不应超过300mm即mz1?30cm于是有约束函数
g2?x??x2x3?30?0 （2-4）
?m?bm3）为保证齿轮承载能力同时又避免载荷沿齿宽分布严重不均，要求齿宽系数