摘 要

蜗轮蜗杆传动是机械传动中的一种重要的传动方式，同时也是机构学的重要组成部分。由于蜗轮蜗杆所具有的较大的传动比，紧凑的结构，平稳的传动，无噪音等优点，蜗轮蜗杆在国防、冶金、造船、建筑、化工等各个行业得到了广泛的应用。

本课题通过Matlab软件进行编程，完成对蜗轮蜗杆的设计与优化。Matlab是美国MathWorks公司出品的一款软件，具有强大的计算能力，另外Matlab具有各种各样的工具箱，用以解决各种问题。本次蜗轮蜗杆的优化就使用了其中的优化工具箱。通过优化工具箱的fmincon函数来实现优化。

本次优化以体积最小，润滑条件最佳，效率最大为目标，进行相关的公式推导，构建与优化相关的约束条件以及目标函数，对蜗轮蜗杆分别完成单目标优化与多目标优化，达到减小体积，提高效率，改善润滑条件等目的。

关键词：蜗杆设计 Matlab 优化设计 运动仿真

Optimization and Simulation Design of Common Mechanisms (Parts)

——worm and gear

Abstract

The transmission of worm and gear is an important transmission method in mechanical transmission, and it is also an important part of mechanical science.Due to the larger transmission ratio, the compact structure, the smooth transmission, no noise and other advantages of the worm and gear,it has been widely used in various industries such as defense, metallurgy, shipbuilding, construction, and chemical engineering.

This subject is programmed through Matlab software and completes the design and optimization of the worm gear. Matlab is a software produced by MathWorks, USA, which has powerful computing capabilities. In addition, Matlab has a variety of toolboxes to solve various problems. The optimization of the worm gear used this optimization toolbox. Optimize by optimizing the toolbox's fmincon function.

This optimization aims at minimizing volume, maximizing lubrication conditions, and maximizing efficiency. Formulating relevant formulas, constructing constraints related to optimization and objective functions, and achieving single-objective optimization and multi-objective optimization for worm gears respectively, achieving reductions. Volume, improve efficiency, improve lubrication conditions and other purposes.

Keywords: Worm design; Matlab; Optimization design ;Motion simulation

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1机构学现状与发展趋势 1

1.1.1机构学简介 1

1.1.2 机构学研究现状 1

1.1.3 机构学发展趋势 1

1.2 Matlab简介 2

1.2.1 Matlab基本功能 2

1.2.2 fmincon优化函数 2

1.3 课题介绍及内容 3

第二章 蜗杆模块的总体构想 4

2.1 Matlab的GUI设计 4

2.1.1 GUI界面 4

2.1.2 GUI的实现 5

2.2 蜗轮蜗杆的界面设计 6

2.3 参数的读取与输出 10

2.3.1 控件输入值的提取 10

2.3.2 在图形界面上输出结果 12

2.3.3 变量的传递 12

第三章 蜗轮蜗杆机构的设计 13

3.1 常规设计 13

3.1.1 研究背景 13

3.1.2 流程图，M文件及运行结果 13

3.2 优化设计 16

3.2.1 优化设计流程图 16

3.2.2 约束条件的确定 17

3.2.3 目标函数的确定及优化结果 20

3.3 蜗杆机构常规设计与优化设计的结果对比 30

第四章 蜗杆减速箱的三维造型 33

4.1 蜗杆减速箱的三维建模 33

4.1.1 蜗杆的三维建模 33

4.1.2 蜗轮的三维建模 36

4.1.3 减速箱的三维建模 48

4.2 蜗杆减速箱的组装与运动仿真 49

4.2.1 蜗杆减速箱的组装 49

4.2.2 蜗轮蜗杆的运动仿真 53

第五章 总结、经济分析与展望 54

5.1 总结 54

5.2 经济分析 55

5.2.1 软件市场分析 55

5.2.2 软件包成本核算 55

5.2 展望 55

参考文献 56

附录1 常规设计M文件 58

附录2 优化设计约束条件函数 64

附录3 体积优化M文件 65

附录4 效率优化M文件 68

附录5 润滑条件优化M文件 71

附录6 中心距优化M文件 74

附录7 多目标优化M文件 77

第一章 绪论

1.1机构学现状与发展趋势

1.1.1机构学简介

机构学是以机构的结构和运动等问题为研究对象的学科，主要针对机械中各种机构的结构、运动状况和受力情况进行研究与分析。其主要任务是揭示自然和人造机械的机构组成原理。其研究内容分别为对已有机构的研究以及按要求设计新的机构。机构学在机械设计中发挥着重要的作用。

1.1.2 机构学研究现状

随着工业的迅猛发展，机构学的观念也愈发突出，人们也越发重视机构学，机构学的应用存在于生活的每个地方，随处可见。任何机械都与机构学密不可分。并且随着人们对生活要求的提高，机构学的应用越来越重要，对机构学的研究有助于提高生产力，提高人们的生活质量。

像连杆机构、齿轮机构、凸轮机构、蜗轮蜗杆机构等都是机构学研究的范围。

相关图片展示：