蜗杆传动优化设计

蜗杆设计优化工程方案模板一、项目背景1.1 项目概况描述本项目的整体概况，包括项目的名称、任务目标、所属行业和现状等。

1.2 项目意义分析本项目的重要性和必要性，说明需要进行蜗杆设计优化的原因和意义。

1.3 技术难点简要介绍本项目的技术难点和挑战，说明需要解决的主要问题。

二、项目目标2.1 总目标阐明本项目的总体目标和期望效果，明确蜗杆设计优化的总体目标。

2.2 分目标描述蜗杆设计优化的具体分目标和实施步骤，包括设计优化的内容、原则和方法等。

2.3 成果要求明确对蜗杆设计优化的成果要求和评价标准，包括效果评价、应用效果和经济效益等。

三、技术路线3.1 前期工作总结前期相关工作，说明对蜗杆设计优化工作的前期准备和基础。

3.2 设计原理阐述蜗杆设计优化的设计原理和基本思路，概述设计优化的技术路线。

3.3 优化方法介绍蜗杆设计优化的具体方法和步骤，包括建模分析、参数优化和方案选择等。

3.4 关键技术强调蜗杆设计优化的关键技术和核心问题，明确需要攻克的关键技术难题。

四、工作内容4.1 数据收集说明蜗杆设计优化所需的数据和信息，包括设计要求、原始数据和相关资料等。

4.2 建模分析阐述对蜗杆系统进行建模分析的具体内容和要求，包括模型建立、分析方法和计算手段等。

4.3 参数优化描述蜗杆设计优化的参数选择和优化方法，明确各优化参数的范围和限制条件。

4.4 方案设计说明蜗杆设计优化的方案设计和方案选择，包括设计方案、计算分析和方案比较等。

五、关键工作5.1 设计优化详细描述蜗杆设计优化的过程和关键技术，包括优化流程、技术指标和优化效果等。

5.2 仿真分析介绍对蜗杆设计优化方案的仿真分析和效果评估，包括系统性能、效率和可靠性等。

5.3 试验验证阐述蜗杆设计优化方案的试验验证和数据对比，明确实验方案、测试方法和结果分析等。

六、安全环保6.1 安全保障说明蜗杆设计优化工程中的安全保障措施和应急处理措施，确保工程施工和运行的安全。

蜗杆传动的模糊优化设计摘要：就蜗杆传动减速器设计问题，应用模糊数学方法进行了优化设计。

在满足使用条件的前提下，以蜗杆传动的体积最小为目标，建立了该问题的数学模型及求解.实例表明模糊优化设计是一种更科学更合乎客观实际要求的设计方法。

关键词：蜗杆传动；模糊；优化设计引言蜗杆蜗轮在各类机械设备的传动系统中应用广泛。

近年来对普通优化设计的研究，能在众多满足设计要求的可行方案中，选出实现设计目标的最佳方案。

然而，由于设计中某些根据设计规范或经验确定的参数取值的不确定性，以及影响设计的某些因素如载荷性质，材质好坏又很难用确定的数量表示，这就导致了设计的模糊性。

普通优化设计方法没有考虑这些模糊因素的影响，致使优化出来的“最佳”结果与客观实际存在一定的距离。

针对这种情况，本文兼顾到影响蜗杆传动因素的模糊性，应用模糊数学理论，对蜗杆蜗轮传动进行模糊优化设计。

2.2用二级模糊综合评判确定λ°根据模糊集合的分解定理，用λ(λ∈[0,1])去截取模糊集合，得到不同入截集水平下的普通集。

由隶属度函数知，λ取值越大，越安全可靠，λ取值越小，越经济节约。

为使设计既安全可靠又经济节约，应对影响λ取值的各模糊因素进行综合评判，确定一个最优截集水平λ°。

用二级模糊综合评判确定λ°的基本步骤如下:（1）建立因素集，选择影响λ°的主要因素:设计水平U1，制造水平U2，材质好坏U3，使用条件U4和重要程度U5为因素集:U=(U1,U2,U3,U4,U5)每一因素按性质分为5个等级。

由于各等级的模糊性，很难把某一因素规定为它的某一等级，因此各因素应看作是等级论域上的模糊子集:U1=（高/μ11，较高/μ12,-一般/μ13,较低/μ14，低/μ15）U2=（高/μ21，较高/μ22,-一般/μ23,较低/μ24，低/μ25）U3=（好/μ31，较好/μ32,-一般/μ33,较差/μ34，差/μ35）U4=（好/μ41，较好/μ42,-一般/μ43,较差/μ44，差/μ45）U5=（重要/μ51，较重要/μ52,-一般/μ53,不太重要/μ54，不重要/μ55）其中：0≦μij≦1（i，j=1，2，......，5）为第i个因素的第j个等级对该因素的隶属度。

C语言实习报告XXXXXX学院XXXXXXX班XXXXX一、设计题目：蜗杆传动的优化设计设计一普通圆柱蜗杆，已知参数：输入功率P ＝8.8K w ；蜗杆转速1960/min n r =；传动比18i =；由电动机驱动，载荷平衡。

蜗杆材料20C r，表面硬度58H R C ≥，蜗轮材料为101ZQSn -，离心铸造，蜗杆减速器每日8h ，全年按300个工作日计，要示工作寿命不低于10年。

根据以上条件进行优化设计，通常在满足使用要求的前提下，以结构尺寸是否紧凑、传动效率是否较高作为评判设计优劣的指标，在此以传动中心别具匠心为目标函数21()/2()/2a m q z m q iz =+=+式中：a ——传动中心距；m——蜗杆轴向和蜗轮端面模数； q——蜗杆直径系数；1z ——蜗杆头数；2z ——蜗轮齿数；i ——工程传动比；二、题目分析：由上式可知传动中心别具匠心与模数、蜗杆直径系数和蜗杆头数有关。

此三个参数可作为独立设计变量，即[][]1231,,,,TTx x x x m q z ==，与此相对应，目标函数可写为:123()()/2f x x x ix =+在进行蜗杆传动设计时，各参数应满足强度和刚度方面的要求，应用网格法可求解这一问题。

网格法是约束直接优化方法中较为简单的一种方法，它的基本思想是将可行域分为许多网格，求出满足设计约束的网格点上的目标函数值，比较它们的大小，从中选择函数值最小的网格点。

依次循环，直到网格之间的距离达到控制精度，即可得满足精度要求的近似最优解。

三、算法步骤：网格法的算法步骤为：（1）给定目标函数初值*f（一个足够大的正数）、对应各设计变量(1,2,)i x i n = 的等分数和计算精度ε。

（2）将区间[],i i a b 进行i m 等分，间距为i i i ib a h m -=，各分点坐标为()i t ii i ix a t h =+,式中:1,2,,1,2,i i t m i n== ，共有T 个分点：1(1)nii T m==+∏（3）对T 个分点按顺序逐一进行可行性检查，放弃那些不满足设计约束()0(1,2,,)u g x u m ≤= 的网格点，计算满足设计约束的网格点所对应的目标函数值()()k f x ，并与目标函数初值*f比较，若()*()k f xf≤，则*()()k ff x=。

动力锥蜗杆传动的优化设计机械传动2007短文章编号:1004—2539(2007)03—0054—02动力锥蜗杆传动的优化设计(西南科技大学制造科学与工程学院,四川绵阳621010)熊矢摘要在动力锥蜗杆传动设计中,为了使工作传动时齿面接触应力小,而不致使锥蜗杆副尺寸,重量过大,提出了一种多目标优化设计方法.关键词锥蜗杆传动多目标CAD优化设计引言由于在锥蜗杆传动中对润滑油的卷吸速度与齿面的瞬时接触线的法线所夹锐角较小,有利于传动中形成流体动压润滑,而且由于锥蜗杆的偏置而使其重合度大,锥蜗杆副也适于设计为动力传动.国外动力锥蜗杆传动已形成系列化;国内很多仅用于小功率传动上.为了传递大功率,锥蜗杆传动在设计上除了应使卷吸速度与齿面瞬时接触线的法线所夹锐角较小外,还应使齿面诱导法曲率2较小,以降低工作传动时齿面的赫兹应力,延长传动副的使用寿命.但从设计参数的分析知,为了使诱导法曲率K2减小,即齿面的诱导法曲率半径p增大,锥蜗杆副的尺寸和体积会增大.为增加锥蜗杆副传递的动力,而又不致使其尺寸体积过大,我们采用优化设计中的乘除法来实现锥蜗杆传动的多目标优化设计.1目标函数的确定由上所述,为实现动力锥蜗杆传动的优化设计,其目标函数有两个,一是传动副齿面诱导法曲率K2最小(或齿面的诱导法曲率半径ID最大),二是锥蜗杆副的体积V最小,可以认为是一个多目标优化问题.现采用优化方法中的乘除法,将两个目标合二为一,即使商V/p为最小,这里ID为齿面中点诱导法曲率半径.D:监'』Dl+』D2式中,』Dt和』D2分别为锥蜗杆齿面和锥蜗轮齿面中点的法曲率半径.为简化设计计算,将锥蜗杆齿面近似看作圆锥面,锥蜗轮纵向齿线近似视为延长渐开线.齿面曲率半径可简化为下式计算]』D—tanvic—os3Yi』D2—COS—~"i式中——锥蜗杆""面齿形倾角rml——锥蜗杆齿面中点参考圆半径yJ——锥蜗杆传动中间计算参数,——锥蜗杆中点啮合位置坐标参数当锥蜗杆面锥的体积最小时,锥蜗杆实体的体积也最小.为减化计算,在计算锥蜗杆副的体积时,分别按锥蜗杆和锥蜗轮面锥的体积计算.由锥蜗杆传动的啮合分析可知,将参考计算点选在锥蜗杆小端齿顶,以便在设计时避免根切.因此锥蜗杆分度圆半径r在小端测量.根据文献[1],锥蜗杆大端齿顶圆半径为ra1rlbxltanc~I式中r——锥蜗杆分度圆半径bl——锥蜗杆轴向实际齿宽——锥蜗杆分度锥角按文献[1],锥蜗轮大端顶圆半径为ra2=ra2一Ahcos3Ⅱ2式中2——锥蜗轮面锥角△——文献[1]计算中锥蜗轮大端齿高修正值rfJ一锥蜗轮大端顶圆半径近似值ra2=√n+(+bl)式中n——锥蜗杆传动中心距b——锥蜗杆轴向计算齿宽——文献[1]计算中参考点的坐标值.由锥蜗杆和锥蜗轮的大端直径,顶锥角以及锥蜗杆的轴向齿宽和锥蜗轮的齿面宽b2,可分别得出锥蜗杆和锥蜗轮小端的顶圆半径和2,从而锥蜗杆副的总体积为1=l+2=17rbl(rⅡl2+rolr口l+rol2)+1—17rb2c0s口2(ra22+ra2ra2+ra22)(2优化计算的数学模型(3)在锥蜗杆传动设计中,目标函数确定后,采用我国学者独创的齿面耐久性计算法[¨,确定设计变量向量为[]第3l卷第3期动力锥蜗杆传动的优化设计X=(1,2)=(a,b)(4)式中a——锥蜗杆传动齿面耐久性计算中的中心距系数b——锥蜗杆轴向计算齿宽按齿面耐久性计算法,由中心距系数.的值,CAD程序可在数据库中查得并确定锥蜗杆沿分度锥母线模数m.由锥蜗杆副传动比(原始参数)也可查得锥蜗杆头数和锥蜗轮齿数,因此设计变量采用二维向量即可满足设计要求.对约束条件考虑设计变量的上下界约束,并同时需要满足以下条件:为使蜗杆齿面上不存在二类界点, 齿面参考点的法向齿形角不小于极限压力角;为使蜗轮齿面不存在一类界点,参考点处蜗杆齿面在相对运动方向的法曲率必须不大于临界法曲率;为使锥蜗杆和锥蜗轮的螺旋方向不致相同(因相同螺旋方向的锥蜗杆副传动效率很低),锥蜗杆和锥蜗轮的中点参考螺旋角1和2分别按下式计算l1jl1=arctan[(1一tantan8肘1COS(~M1]{(5)ltim2:aFCCOS(rMAi12cos/3"1)式中r,H1——锥蜗杆中点参考圆半径rm2——锥蜗轮中点参考圆半径P——锥蜗杆轴向螺旋参数——锥蜗杆齿形倾角——锥蜗杆中点参考锥角而J=rl+tan(6)式中r,——锥蜗杆分度圆半径,——锥蜗杆分度锥角h——锥蜗杆测量部位齿顶高这些都必须使选用的设计变量a不大于文献[1]中的许用中心距系数的最大值..在动力锥蜗杆传动设计过程中,必须进行许用输出功率校核,由锥蜗轮许用输出转矩[]计算出许用输出功率.其许用输出转矩为(7)式中KM——许用磨损系数.——工作条件系数——接触线总长r——锥蜗轮工作半径而:——一(8)L式中h——工作齿高——锥蜗杆轴截面i面齿形角m——锥蜗杆沿分度锥母线模数所设计的锥蜗杆传动的输出功率必须满足许用输出功率条件,但不能富余太多.考虑上述约束条件,建立优化设计的数学模型,从而设计编制了动力锥蜗杆传动的CAD程序.3结束语由以上优化设计计算的数学模型,对下例的锥蜗杆传动进行了设计计算,输入参数为:传动比5l,锥蜗杆转速1500r/rain,输出功率20kW.通过CAD程序计算,原锥蜗杆副体积由5505em3变为3620cm3,使体积减少约34%,重量减轻,既达到了锥蜗杆副的承载能力,又使结构更加紧凑,体现了这种优化设计方法的效益和应用价值.参考文献1齐麟,张亚雄,黎上威等.蜗杆传动设计(下册).北京:机械工业出版社,1987:585～5862熊矢.锥蜗杆传动的多目标优化设计.机械传动,2002,26(2):44～45 收稿日期:20060430收修改稿日期:20060707作者简介:熊矢(1948一),男,四川德阳人,工学硕士,教授。

自动门减速电机塑料蜗轮与钢制蜗杆传动优化设计申屠君（横店集团联宜电机有限公司浙江东阳）摘要：塑料蜗轮与钢制蜗杆传动是将塑料斜齿轮(即塑料蜗轮)代替金属蜗轮实现传递动力与运动的一种传动机构。

由于目前塑料蜗轮强度计算，在国际上没有通用的标准。

现结合渐开线圆柱齿轮传动与蜗杆传动计算，有效优化自动门减速电机齿轮箱设计。

关键词：塑料蜗轮、强度、噪音、模具1 引言传统蜗轮蜗杆减速箱设计多以金属齿轮传递扭矩为主，此类设计主要存在制造成本偏高、产品使用过程整体噪音较大等缺陷。

自从1935年纤维尼龙的研成功，高分子合成材料工业迅速发展，塑料作为一种新型的齿轮材料已经得到了广泛的应用，与金属材料相比，塑料在成本、设计、加工和性能上具有很多优势。

塑料成型设计的自由度保证了更高效的齿轮制造，对产品的优化可行性设计起到巨大的推动作用。

2 塑料蜗轮设计原理塑料斜齿轮与钢制蜗杆是一种在空间交错的两轴间传递运动和动力的常用传动机构，其两轴线间的夹角一般为90º。

这种齿轮传动在汽车座椅、家电设备等领域得到了广泛应用。

由于渐开线蜗杆Z1相当于一个少齿数、大螺旋角的渐开线圆柱斜齿轮，因此，该传动可简称为斜齿轮传动。

此类齿轮传动相当于两个空间交叉的圆柱体相互滚动，其接触为点接触，因而降低了齿轮的承载能力、啮合效率。

塑料斜齿轮与钢制蜗杆传动过程中，由于塑料与钢相比具有较低的弹性模量，齿轮受载后呈局部区域接触，整个齿轮传动磨损几乎都在塑料齿轮上，啮合区的摩擦热也会加速上升，直接影响了塑料斜齿轮的使用寿命，最终限制了塑料斜齿轮的应用范围，因此需要通过优化设计提高齿轮强度。

3 优化方案考虑到塑料齿轮的承载和抗冲击强度，采用标准模数的齿轮参数设计无法满足自动门行业的对产品的苛刻要求，必须对产品进行优化设计，需要在有限的空间内保证性能参数的同时提高塑料齿轮强度。

标准渐开线齿轮的齿厚计算为(пm)/2≈1.57m,假设我们预先定义1.57为齿厚系数，标准设计塑料斜齿轮和钢制蜗杆的齿厚系数均为1，如在优化设计时考虑增加塑料斜齿轮的齿厚系数由标准1.57增加到2～2.2可有效提高齿轮强度，因此优化设计的第一步即对塑料齿轮齿厚系数进行调整，在保证钢制蜗杆强度的前提下增加塑料斜齿轮的法向齿厚提高强度，现通过渐开线圆柱齿轮传动与蜗杆传动相应的计算公式，由图1获得设计初期塑料斜齿轮和蜗杆参数。

双线蜗杆的两级优化设计双导程蜗杆蜗轮传动是一个方便的消隙机构，它可用于精密机械工具和导向装置。

目的是尽量减少蜗杆和齿轮之间的摩擦力。

约束条件包括蜗杆几何体，应力，位移和蜗杆的固有频率。

为了避免困难的三维优化问题，本文介绍一种两阶段优化方法。

第一级优化使用一个近似模型，在这阶段蜗杆的线程是近似的元素。

蜗杆和蜗轮的节圆直径、模数以及左右侧模块的差异是设计变量。

第二级优化使用真正的三维实体模型与连续螺旋线确定最佳形状的蜗杆线程。

实例表明这是可行的和有效的。

关键词：机械设计；双导程蜗杆；两阶段优化引言蜗轮蜗杆齿轮组是一个重要的机械传动机构，这一装置优点在于其较高减速比和紧凑的尺寸。

这一机构的缺点是功率的损失相对其他类型的齿轮组高。

工业上蜗杆蜗轮组主要用于减速器、导向和定位装置。

因为蜗杆蜗轮组几何性质和动力传输机构不同于其他类型的齿轮，很多运动学和接触蜗杆和蜗轮齿的研究已经进行了1–[7]。

由于近年来高科技产业的蓬勃发展，对精密的机器和精密的制造工艺的需求迅速增加。

精确定位的切割工具或工件的关注重点精密机械制造工艺。

在机械领域精密齿轮和滚珠丝杠实现这些目标的关键部件。

但是众所周知，即使在最高级别的精密齿轮中齿间间隙仍不能消除。

反弹是影响定位精度的主要因素之一。

黑尔和斯洛克姆[ 8]提到一些美国隙设计专利。

其中之一是用于蜗轮蜗杆齿轮传动。

其设计理念是类似于一个滚珠螺杆。

在蜗杆的线程和蜗轮的齿牙之间插入滚珠，尽量减小蜗杆蜗轮之间反弹间隙。

这种设计成本高。

一种更便宜的方法，这是本文提到的，使用的是双导程蜗杆蜗轮组。

蜗杆的双引线是特别设计的，有两种不同导致双向的蜗杆线程。

由于不同的引导线，两侧的线程在轴向方向的厚度不同。

这种设计的优点是蜗杆蜗轮之间的间隙可以通过旋转蜗杆轴调整最适宜的线程确保蜗杆与蜗轮齿配合来减小。

拜尔和纂[ 9]讨论了几何型双导程蜗轮蜗杆。

先进的数学模型可以用来做接触分析与研究。

本文拜尔和纂[ 10 ]提出另外讨论接触牙齿，接触比率和双导程蜗轮蜗杆传动运动误差。