论文总字数：41387字

摘 要

蜗杆传动机构可以改变传动的方向，并且能够实现大的传动比，因此在现代机械传动中得到广泛应用。本文通过Matlab软件把传统机械设计方法与编程技术相结合，通过人性化的界面实现用户参数的输入和设计结果的输出，避免了使用传统的机械设计方法对蜗杆机构进行设计时，反复查找数据的烦琐工作和大量的计算工作，大大提高了蜗杆机构的设计效率。在常规设计的基础上，本文对蜗杆机构的设计进行了单目标优化与多目标优化，其意义在于可获得比常规计算更加优化的设计结果，既满足使用要求又可以缩小体积、提高效率。常规计算与优化设计之后进行了蜗轮蜗杆的Pro/E建模，并完成了装配及运动仿真。

关键词：蜗轮蜗杆；单目标优化；多目标优化；Pro/E建模；运动仿真。

The optimization and simulation design of common mechanism——Worm module

Abstract

Worm gear can change the direction of transmission, and can achieve a large transmission ratio, so widely used in modern mechanical transmission.The traditional mechanical design method and programming technology are combined by Matlab software,the input of user parameters and the output of design results are realized through the humanized interface, avoid the use of traditional mechanical design method of worm gear design, repeated complicated data to find work and a lot of calculation,greatly improves the design efficiency of worm gear.On the basis of conventional design,in this paper, the design of a single objective optimization and multi-objective optimization of the worm mechanism is carried out.the significance lies in the fact that the design result can be more optimized than the conventional calculation.Both to meet the requirements and can reduce the volume, improve efficiency.After the conventional calculation and optimization design, the Pro/E modeling of worm gear and worm is carried out,and complete the assembly and motion simulation.

Keywords: worm gear and worm; single-objective optimization; multi-objective

optimization; Pro / E modeling; motion simulation

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 机构学的现状与发展趋势 1

1.1.1 机构学的概念 1

1.1.2 机构学的现状 2

1.1.3 机构学的发展趋势 4

1.2 Matlab介绍 5

1.2.1 Matlab的基本功能 5

1.2.2 Matlab的优化工具 5

1.3 本课题介绍 6

1.4 本内容安排 6

第二章 常用机构的优化及仿真系统的总体设计 7

2.1 Matlab的GUI设计 7

2.1.1 GUI的环境 7

2.1.2 GUI设计 7

2.1.3 GUI的实现 8

2.2 系统总体界面设计 9

2.3 回调函数 9

2.3.1 文本框输入值的提取 9

2.3.2 在图形界面上输出结果 10

第三章 蜗轮蜗杆机构的设计 11

3.1 蜗轮蜗杆机构的常规设计 11

3.1.1 问题的提出及解决 11

3.1.2 常规设计 11

3.2 蜗轮蜗杆机构的优化设计 20

3.2.1 单目标优化设计 20

3.2.2 多目标优化设计 24

3.3 蜗杆机构常规设计与优化设计的结果对比 29

第四章 蜗轮蜗杆的三维造型 31

4.1蜗轮蜗杆基于Pro/E设计的意义 31

4.2蜗轮蜗杆的三维参数化造型的实现 31

4.2.1蜗轮的参数化创建 31

4.2.2蜗杆的参数化创建 34

4.3蜗轮蜗杆减速器的整体装配 38

4.4蜗轮蜗杆减速器的运动仿真 40

第五章 总结与展望 41

5.1总结 41

5.2展望 42

参考文献 43

致谢 44

附录 45

附录1 常规设计程序 45

附录2 单目标优化设计程序 48

附录3 多目标优化设计程序 50

附录4 约束条件程序 52

附录5 单目标目标函数 52

附录6 多目标目标函数 52

第一章 绪论

1.1 机构学的现状与发展趋势

1.1.1 机构学的概念

随着资本主义的兴起与发展，18世纪50年代后期，在英国发生的第一次工业革命使得机械化生产得以发展，而机械工程学科也随之萌芽与发展。在以前的机械力学基础上又发展出一门新兴学科——机构结构学。动力学系统和运动学系统的独立，形成了机构学的独立体系和独特的研究内容^[1]。

机构学作为有别于传统机构的现代机构，用计算机实现协调与控制。现代机构学形成的标志是，机构学从普通力学中独立出来并且发展到一个新的阶段^[2]。

机构学的主要理论基础是力学与运动几何学，其主要手段是数学分析，是对各种机构进行动力分析与运动分析综合的学科。机构学成为机械发明、创造新机器并为改革提供正确有效的方法和理论， 可设计出更先进、更经济合理的机械产品，满足人们生活与生产发展的需求。机构学的发展将深刻影响诸多行业设备的自动化与机械化程度以及机械相关产品的工作性能^[3]。

机构学是一种新兴的学科，它主要研究机械机构中机构的运动和结构，是机械原理的重要组成部分。研究各类机械中有关机构的运动、受力以及结构等相关问题的一门学科。它的研究内容主要有两个方面：一是对已经存在的机构进行研究，即机构分析（运动分析、结构分析以及动力分析）；二是根据所需要求设计出新的机构，我们称之为机构综合（运动综合、结构综合以及动力综合）。

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