单级圆柱齿轮减速器的优化

冯柯茹

(达州职业技术学院，四川 达州 635000)

0 引言

齿轮减速器是原动机和工作机之间独立的闭式机械传动装置，能够降低转速和增大扭矩，是一种被广泛应用在工矿企业及运输、建筑等部门中的机械部件。圆柱齿轮减速器传统的设计方法是设计人员根据各种资料、文献提供的数据，结合自己的经验，对已有减速器进行类比，初步定出一个设计方案，然后对方案进行各类经验优化。但这种方法设计出的减速器往往并不是最优的设计方案[1]。因此，为了降低减速器的成本，优化设计圆柱齿轮减速器势在必行。

单级圆柱齿轮减速单元的初步设计优化是一个相当受关注的课题，因为许多高性能的动力传动应用需要高性能的齿轮减速单元[2]。单级圆柱齿轮减速器的优化设计有多个目标，如体积最小化、重量最小化、表面疲劳寿命最大化等，本文则对单级圆柱齿轮减速器的体积和重量进行优化设计。

1 单级圆柱齿轮减速器优化设计数学模型

本研究的单级圆柱齿轮减速器以体积最小为目标函数，各已知条件如下：输入功率p=58 kw，输入转速n1=1000 r/min，齿数比u=5，齿轮许用应力[δ]H=550 MPa，许用弯曲应力[δ]F=400 MPa。

1.1 设计变量的确定

在满足零件刚度和强度的条件情况下，减速器体积可以近似表示为齿轮和轴的体积和，即

(1)

以往设计总是通过尽可能的减小齿轮和齿轮轴的体积和中心距来势其体积最小，本研究将齿宽b、齿数z1、模数m、齿轮轴径dz1、dz2、支撑距离1作为设计变量。设计变量取为x=[x1x2x3x4x5x6]T=[bz1mldz1dz2]T。……