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摘 要

机构学为创造新的机器和进行机械发明与改革提供正确有效的理论和方法， 机构学的发展将直接影响到机械工业许多行业生产设备的机械化和自动化程度。齿轮传动作为机械传动中最为重要的传动形式之一，在工业发展中广泛。但是进行齿轮的常规设计时需要进行大量的计算，使用MATLAB编程软件可以简化齿轮设计中的计算过程，解决设计繁琐这一问题。本文首先介绍机构学目前研究与发展方向和MATLAB软件基本功能以及MATLAB工具箱的使用，然后介绍基于MATLAB 齿轮的常规设计和GUI界面的创建；然后介绍齿轮机构优化设计，不仅详细介绍优化设计的分析方法并且建立优化设计的数学模型，选取合适变量列取约束函数，然后利用优化函数求出最优解，把齿轮常规设计结果和优化设计结果进行比较。最后利用三维软件对齿轮减速器建模并且进行运动仿真。

关键字：齿轮传动 优化设计 MATLAB 运动仿真

Common mechanism design optimization and simulation - gear module

Abstract

Mechanism Synthesis for the creation of new machines and mechanical inventions and provide correct and effective reform theories and methods, the development Mechanism Synthesis will directly affect the degree of mechanization and automation of production equipment machinery industry many. Gear transmission is one of the most important form of transmission transmission, widely used in the industrial development. But require a lot of calculations for regular gear design, using MATLAB programming software simplifies gear design calculation process, designed to solve the complicated problem.This paper introduces the current research and development direction and the basic functions of MATLAB software and the use of MATLAB toolbox, and then describes how to create a conventional design and GUI-based interface MATLAB gear; then introduce the gear mechanism optimization design, not only detailed analysis and optimization design methods and mathematical models to optimize the design, select the appropriate column variable take the constraint function, and then use the optimization function to find the optimal solution, the conventional gear design results and design optimization results were compared. Finally, three-dimensional modeling software for the gear reducer and motion simulation.

Keywords: Gear transmission;Optimized design;MATLAB ;Movement 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 1

1.1.1机构学的概念 1

1.1.2机构学的发展现状 1

1.1.3机构学的发展趋势 3

1.2MATLAB的介绍 3

1.2.1MATLB的基本功能 3

1.2.2MATLAB优化工具箱 6

1.3本课题的介绍 8

第二章 齿轮机构的常规设计 9

2.1直齿圆柱齿轮的设计 9

2.1.1问题的描述 9

2.1.2设计方法 9

2.1.3界面设计 14

2.2斜齿圆柱齿轮设计 18

2.2.1问题的描述 18

2.2.2设计方法 18

2.2.3界面设计 20

第三章 齿轮机构的优化设计 23

3.1单目标齿轮优化设计 23

3.1.1设计思路 23

3.1.2实现方法 23

3.1.3优化设计的数学模型 23

3.1.4界面设计 27

3.2多目标齿轮优化设计 30

3.2.1设计思路 30

3.2.2实现方法 30

3.2.3优化设计的数学模型 30

3.2.4界面设计 31

3.3齿轮常规设计与优化设计的对比 33

第四章 齿轮减速器三维建模及运动仿真 35

4.1 Pro/Engineer的简介 35

4.2齿轮建模 35

4.2.1参数输入 35

4.2.2创建齿轮基本圆 37

4.2.3创建渐开线 38

4.2.4镜像渐开线 39

4.2.5创建齿顶圆 39

4.2.6创建齿槽 40

4.2.7阵列齿轮 41

4.3齿轮轴建模 41

4.3.1阶梯轴的建立 41

4.3.2齿轮轴的建立 42

4.4减速器箱体建模 43

4.5减速器装配 43

4.6齿轮减速器的运动与仿真 44

4.6.1运动仿真的概念 44

4.6.2齿轮减速器的pro/e运动仿真 44

第五章 总结与展望 45

5.1总结 45

5.2展望 45

致谢 46

参考文献 47

附录一 齿轮常规设计 48

附录二 齿轮优化设计 53

第一章 绪论

1.1机构学的现状与发展

1.1.1机构学的概念

1.机构学的定义

机构学是以运动几何学和力学为主要理论基础，以数学分析为主要手段，对各类机构进行运动和动力分析与综合的学科^[1]。创造新的机器和进行机械发明与改革需要依靠机构学来提供正确有效的理论和方法，这样设计出来的产品经济价值更高，机械性能更好，更能贴近人类日常生活，比较柔和的满足生产发展和生活方面的需求^[2]。研究内容分两个方面：第一是对已有机构的研究，即机构分析（结构分析，运动分析和动力分析）；第二是按要求设计新的机构，即机构综合（结构综合，运动综合和动力综合）^[3]。

2.机构学研究的内容

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