【正文】 35第一章 緒論1第一章 緒論 研究背景和意義齒輪傳動(dòng)廣泛應(yīng)用于各種機(jī)械設(shè)備中，它是利用兩齒輪的輪齒相互嚙合傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)的機(jī)械傳動(dòng)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、效率高、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。最后將可靠性設(shè)計(jì)優(yōu)化結(jié)果與傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)結(jié)果比較，結(jié)果顯示可靠性設(shè)計(jì)優(yōu)化在取得可靠最優(yōu)成果的同時(shí)，還提高了相應(yīng)的工作效率和經(jīng)濟(jì)效益。優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)質(zhì)上就是運(yùn)用計(jì)算機(jī)高質(zhì)量、高速度地完成設(shè)計(jì)方案的“設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)再設(shè)計(jì)”過(guò)程，是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的核心技術(shù)之一。1密 級(jí)學(xué) 號(hào) 080203128院、(系) 機(jī)電工程學(xué)院題目： 圓柱齒輪傳動(dòng)的可靠性設(shè)計(jì)優(yōu)化學(xué) 位 申 請(qǐng) 人 ： 祝龍彪指 導(dǎo) 教 師 ： 張培培學(xué) 科 專 業(yè) ： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化學(xué) 位 類 別 ： 學(xué)士22022 年 06 月3本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題目： 圓柱齒輪傳動(dòng)的可靠性設(shè)計(jì)優(yōu)化院（系） 機(jī)電工程學(xué)院 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班 級(jí) 080203 姓 名 祝龍彪 學(xué) 號(hào) 080203128 導(dǎo) 師 張培培 2022 年 6 月I圓柱齒輪傳動(dòng)的可靠性設(shè)計(jì)優(yōu)化摘要可靠性是指產(chǎn)品在規(guī)定條件下和規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力?？煽啃栽O(shè)計(jì)優(yōu)化是將可靠性設(shè)計(jì)理論與優(yōu)化技術(shù)結(jié)合起來(lái)，由此設(shè)計(jì)結(jié)果會(huì)大大改善，使優(yōu)化設(shè)計(jì)更具實(shí)際意義。關(guān)鍵詞：齒輪傳動(dòng)、可靠性、優(yōu)化設(shè)計(jì)、最小中心距IIReliability Optimization Design of Cylindrical GearAbstractReliability is indicated as the ability for finishing a set function in at the appointed time and with prescribed condition a set time and a set requirement．Reliability design is an important embranchment of reliability engineering and reliability of products depends on design correctness greatly．Therefore reliability design of products is the most important factor of ensuring the reliability of products．Optimization design which is essentially the use of puters in highquality, highspeed to plete the design of the program design evaluation redesign process is one of the core technologytechnologies of puteraided design. Reliability optimum optimization design is the unite of reliability design theory and optimum technology, according to this，the result of design will be improve greatly, optimum design have practical meaning .The gear transmission is an important part of the mechanical drive system, and its mechanical power and economy, manipulation haves a direct impact on reliability and portability, transmission smooth and efficiency, with the development of modern design methods and applications, the gear design is improving gradually.In this paper, a gear transmission is taken as the example to investigate the reliability optimization design.,The objective function is minimum center distance. The constraints are from for example, in the use of the reliability optimization design method for the goals of minimum center distance. Establishing a mathematical model with the constraints of pitch circle diameter, number of teeth, modulus, coefficient of tooth width, helix angle. The program is realized in MATLAB software. The optimal design results are obtained. and using geic algorithms, written in Matlab puting program up and running, to obtain the optimal design results.Finally, the optimization results with are pared with the results with the traditional design resultsmethod, results show that the reliability optimization design of reliable optimal results at the same time also improves the efficiency and economic benefits beside getting the reliable results. Keywords: gear Gear transmission。齒輪傳動(dòng)的隨機(jī)性是指其設(shè)計(jì)參數(shù)的隨機(jī)性，先量變后質(zhì)變，人們常常只注重“唯一性” 、“正確性” ，追求質(zhì)變的同時(shí)卻忽略了量變。齒輪傳動(dòng)質(zhì)量的好壞直接影響整個(gè)機(jī)器性能，設(shè)計(jì)一個(gè)質(zhì)量輕，結(jié)構(gòu)可靠的齒輪傳動(dòng)必大受人們的歡迎。可靠性設(shè)計(jì)優(yōu)化方法認(rèn)為作用在齒輪上的載荷和材料性能等都不是定值，而是隨機(jī)變量，具有明顯的離散性質(zhì)，在數(shù)學(xué)上必須用分布函數(shù)來(lái)描述，由于齒輪的載荷和材料性能等都是隨機(jī)變量，所以必須用概率統(tǒng)計(jì)的方法求解。為此，美國(guó)的一些相關(guān)學(xué)術(shù)部門聯(lián)合成立了電子設(shè)備可靠性咨詢委員會(huì)。我國(guó)在六十年代首先在電子工業(yè)部門進(jìn)行可靠性技術(shù)的開拓性工作，經(jīng)過(guò)七十年代的逐步發(fā)展，到八十年代在現(xiàn)代軍工裝備的研制中開始全面推行可靠性、維修性和保障性工作，并取得了顯著的成績(jī)。 研究?jī)?nèi)容為了實(shí)現(xiàn)本課題所應(yīng)得到的研究結(jié)論，需要一個(gè)行之有效的研究方案。下所示：確定設(shè)計(jì)變量及其參數(shù)分布規(guī)律（ 本研究對(duì)象為圓柱齒輪傳動(dòng)系統(tǒng) ）建立優(yōu)化準(zhǔn)則 （ 目標(biāo)函數(shù) ） 和可靠性約束條件選擇優(yōu)化算法并在 M A T L A B 環(huán)境下實(shí)現(xiàn)所得優(yōu)化結(jié)果傳統(tǒng)設(shè)計(jì)變量或相應(yīng)的文獻(xiàn)結(jié)果結(jié)論 ： 運(yùn)用可靠性設(shè)計(jì)的齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)更為合理和可靠比較圖 方案技術(shù)路線第二章 可靠性設(shè)計(jì)理論和優(yōu)化設(shè)計(jì)理論4第二章 可靠性設(shè)計(jì)理論和優(yōu)化設(shè)計(jì)理論 可靠性設(shè)計(jì)理論 可靠性設(shè)計(jì)概述 機(jī)械產(chǎn)品的可靠性是指產(chǎn)品在規(guī)定條件下和規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力。由于分析計(jì)算受人工計(jì)算條件的限制，因而會(huì)造成設(shè)計(jì)結(jié)果的近似性較大，有時(shí)不符合客觀實(shí)際。一般而言，施加于產(chǎn)品或零件上的物理量，如應(yīng)力、壓力、溫度、濕度、沖擊等，統(tǒng)稱為產(chǎn)品或零件所受的應(yīng)力，用 Y 表示；產(chǎn)品或零件能夠承受這種應(yīng)力的程度，統(tǒng)稱為產(chǎn)品的強(qiáng)度，用 X 表示。所以，可以認(rèn)為應(yīng)力 Y、強(qiáng)度 X 是相互獨(dú)立的隨機(jī)變量。機(jī)械設(shè)計(jì)中，隨機(jī)變量 X 與 Y 具有相同的量綱，因此，X、Y 的概率密度曲線可以表示在同一坐標(biāo)系上。圖 X、Y 概率密度曲線干涉圖西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）6應(yīng)力—強(qiáng)度干涉模型揭示了概率設(shè)計(jì)的本質(zhì)。為了使設(shè)計(jì)得到滿意的效果，設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮這些參數(shù)的離散型與分布規(guī)律，這時(shí)就需要掌握可靠性概率的分布。x?y?y令 ，由概率論可知，Z 的概率密度函數(shù)為z?? －∞＜ ＜∞ 2122()()exp()xyxyzh????????????? z（）由上式可知， 亦為正態(tài)分布，其均值 ，標(biāo)準(zhǔn)差 。 稱為失效概率指數(shù)。任何一項(xiàng)工程或一個(gè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)都需要根據(jù)設(shè)計(jì)要求，合理選擇方案，確定各種參數(shù)，以期達(dá)到最佳的設(shè)計(jì)目標(biāo)，如重量輕、材料省、成本低、性能好、承載力高等。在這一過(guò)程中往往產(chǎn)生若干種設(shè)計(jì)方案，直到從中選取一種比較“滿意”的設(shè)計(jì)方案為止。(2)優(yōu)化設(shè)計(jì)的手段是采用計(jì)算機(jī)，在很短的時(shí)間內(nèi)就可以分析一個(gè)設(shè)計(jì)方案，判斷方案的優(yōu)劣是否可行，因此可以迅速地從大量的方案中選出更優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型的建立包括三個(gè)方面：目標(biāo)函數(shù)，設(shè)計(jì)變量和約束條件。故數(shù)學(xué)模型可以簡(jiǎn)化為： ??12in(),()0(,)TnijFXxhilgjm????????西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）9(） 在優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型中，若目標(biāo)函數(shù)和約束函數(shù)都是設(shè)計(jì)變量的線性函數(shù)，那么優(yōu)化問(wèn)題就屬于數(shù)學(xué)規(guī)劃中的線性規(guī)劃問(wèn)題；若它們不全是設(shè)計(jì)變量的線性函數(shù)，那么就屬于非線性規(guī)劃問(wèn)題。 可靠性設(shè)計(jì)優(yōu)化可靠性設(shè)計(jì)優(yōu)化是在常規(guī)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種全新的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，它將可靠性分析理論與數(shù)學(xué)規(guī)劃方法有機(jī)地結(jié)合在一起，也就是將可靠性作為追求目標(biāo)或約束條件，運(yùn)用最優(yōu)化得到在概率意義下的最佳設(shè)計(jì)的一種數(shù)值計(jì)算方法。另外， 是第 j 個(gè)可靠性約束，j?是 U 空間的第 j 個(gè)約束函數(shù)。而可靠性設(shè)計(jì)優(yōu)化通過(guò)可靠性指數(shù) β定義可靠性，能確保所有點(diǎn)（因誤差或公差產(chǎn)生）均在可行域內(nèi)。 確定設(shè)計(jì)變量 齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可由以下四個(gè)參數(shù)確定：齒輪的模數(shù) ，齒輪的齒nm數(shù) ，齒輪的寬度系數(shù) 和齒輪的螺旋升角 共計(jì)四個(gè)設(shè)計(jì)變量。式中： ——接觸疲勞極限均值；HS? ——接觸應(yīng)力均值；第三章 可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型