基于VB的鏈傳動輔助設計及參數(shù)優(yōu)化【畢業(yè)論文+開題報告+外文翻譯】

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................................................ 13 速計算 .................................................... 15 鏈傳動過程中的力 ........................................... 16 6 鏈傳動優(yōu)化設計的數(shù)學模型 ....................................... 17 標函數(shù)的確定 .............................................. 17 傳動中設計變量的確定 ...................................... 17 傳動設計中約束條件的確定 .................................. 18 動輪齒數(shù) ......................................... 18 節(jié)距 p 與中心距 ............................... 18 速 v 的約束 ........................................... 18 輪中心距 a 的約束 ...................................... 18 節(jié)數(shù) 約束 ......................................... 19 板疲勞強度限定的額定功率 0?p 的約束 ..................... 19 條靜強度 ........................................ 19 計過程 ................................................... 19 (1) 設計變量： ................................................. 19 傳動設計的優(yōu)化方法與結果 .................................. 20 7 鏈傳動的優(yōu)化設計的方法 ......................................... 21 程語言的選擇 .............................................. 21 于 ............................................ 21 ....................................... 22 序運行界 ................................................. 22 化運算 ................................................... 26 碼編輯窗口 ................................................ 26 8 設計實例 ....................................................... 27 謝辭 ............................................................. 27 主要參考文獻與資料 ............................................... 28 摘要 鏈傳動被廣泛應用于動力傳遞中，幾乎所以的車輛和機床，還有其它機械均應用了鏈傳動傳動裝置。因此，對鏈傳動的設計是十分重要和必要的。 這篇文章主要介紹了運用優(yōu)化設計對鏈傳動進行設計的一般方法和具體過程，優(yōu)化設計是 20世紀 60年代發(fā)展起來的一門新學科，它是基于計算機技術的一種相當有效的、能尋找出最優(yōu)結果的設計方法。該設計仍然運用了傳統(tǒng)的機械設計方法，但是它又不同于傳統(tǒng)的設計方法，它采用了名為 軟件，該軟件能極大地提高工作效率和設計精度，并能很 大程度地減少工作時間。 關鍵詞 鏈傳動， 計 he so of is of of by is a 960s,it is a to of on of it is it a 1 緒論 鏈傳動是當今應用最為廣泛的傳動方式之一，它主要應用于機械領域，當然在其它非機械領域也有十分廣泛的應用。鏈傳動是一種撓性傳動，其具有結構簡單、傳動平穩(wěn)、價格 低廉、能緩沖吸振、能在較差的環(huán)境中工作等優(yōu)點。按照用途的不同，鏈條可分為三種，傳動鏈、輸送鏈、和起重鏈。輸送鏈和起重鏈主要用于運輸和起重機械中。在一般機械傳動中，常用得是傳動鏈。 傳動鏈又可以分為短節(jié)距精密滾子鏈（簡稱滾子鏈）、齒形連燈類型。其中滾子鏈常用于傳動系統(tǒng)的低速級，一般傳遞功率在 100下，鏈速不超15m/s，推薦使用最大的傳動比 8。齒形鏈應用較少。本課題主要討論滾子鏈。鏈傳動在機械中應用得最廣，比如各摩托車、自行車、大型機械中均有鏈傳動的應用。 隨著工業(yè)技術的不斷發(fā)展，鏈已經(jīng)標 準化、系列化，根據(jù)主要尺寸和抗拉載荷的不同可分為 兩種系列，其中 A 系列適用于以美國為中心的西半球，課題主要研究 產(chǎn)品設計的數(shù)字化方法使鏈傳動的設計方法、生產(chǎn)方法更加方便快捷，更加多樣化、精確化，產(chǎn)品質(zhì)量也得以提高。 產(chǎn)品設計的數(shù)字化是把數(shù)學規(guī)劃與計算方法應用于機械設計，按照預定的目標。借助于計算機的運行尋求最優(yōu)設計方案的有關參數(shù)， 從而獲得好的技術經(jīng)濟效果，其實也就是產(chǎn)品的優(yōu)化設計。隨著我國對優(yōu)化設計和計算機技術的不斷地掌握和發(fā)展，優(yōu)化設計方法在國內(nèi)得到了迅 速發(fā)展和普及應用，現(xiàn)在該方法已應用于產(chǎn)品開發(fā)、設計、生產(chǎn)全過程。優(yōu)化設計過程要用到程序語言，該設計用的是 此本課題將是一個 優(yōu)化設計緊密相結合的、在 開發(fā)完成之后，將會生成一個模塊，可在其上輸入相關參數(shù)，然后由程序自動進行計算，最終輸出一個最優(yōu)結果。 2 設計要求 根據(jù)鏈傳動的設計理論，根據(jù)參數(shù)化設計的原理，建立起帶傳動的參數(shù)化設計的數(shù)學模型，并采用一定的算法，編出程序來實現(xiàn)其參數(shù)化設計過程。 進行設計計算 3 鏈傳動簡況及本課題的研究意義 傳動的分類及傳動特點 鏈傳動是一種撓性傳動，它由鏈條和鏈輪（小鏈輪和大鏈輪）組成。鏈條是由滾子、套筒、銷軸、內(nèi)鏈板和外鏈板組成。內(nèi)鏈板和套筒之間、外鏈板和銷軸之間為過盈配合，滾子與套筒之間、套筒與銷軸之間為間隙配合。當內(nèi)外鏈板相對擾曲時，套筒可繞銷軸自由轉(zhuǎn)動。滾子是活套在套筒上的，工作時，滾子沿連輪齒廓滾動，這樣就可以減輕齒廓的磨 損。鏈的磨損主要發(fā)生在銷軸與套筒的接觸面上。因此，內(nèi)外鏈板間應留少許間隙，以便潤滑油滲入銷軸和套筒的摩擦面間。鏈輪是由輪齒、輪緣、輪輻和輪轂組成。通過鏈輪輪齒與鏈條鏈節(jié)的嚙合來傳遞運動和動力。鏈板一般制成 8字形，以使它的各個橫截面具有接近相等得抗拉強度，同時也減小了鏈得質(zhì)量和運動時的慣性力。當傳動大功率時，可采用雙排鏈或多排鏈。多排練的承載能力與排數(shù)成正比。但由于精度的影響，個排練承載的載荷不易均勻，故排數(shù)不宜過多。當鏈節(jié)數(shù)為偶數(shù)時，接頭處可用用開口銷或癱瘓卡片來固定，一般前者用于大節(jié)距，后者用于小節(jié)距；當 鏈節(jié)數(shù)為奇數(shù)時，需采用過渡鏈節(jié)。由于過渡鏈節(jié)得鏈板要受附加彎矩得作用，所以在一般情況下最好不用奇數(shù)鏈節(jié)。滾子鏈和鏈輪嚙合得基本參數(shù)是節(jié)距 p,滾子外徑 內(nèi)鏈節(jié)內(nèi)寬 距增大時，鏈條中各零件的尺寸也要相應的增大，可傳遞功率也隨著增大。鏈的使用壽命在很大程度上取決于鏈的材料及熱處理方法。因此，組成鏈的所有原件均需經(jīng)過熱處理，一提高其強度、耐磨性和耐沖擊性。與摩擦型得帶傳動相比，鏈傳動無彈性滑動和整體打滑現(xiàn)象，因而能保持準確得平均傳動比，傳動效率較高；又因鏈條不需要像帶那樣張的很緊， 所以作用于軸上的徑向壓力較小；鏈條采用金屬材料制成，在同樣的使用條件下，鏈傳動的整體尺寸較小，結構較為緊湊；同時，鏈傳動能在高溫和濕潤得環(huán)境中工作。 與齒輪傳動相比，鏈傳動得制造和安裝精度要求較低，成本也低。在遠距離傳動時，其結構比齒輪傳動輕便的多。 鏈傳動的主要缺點是：只能實現(xiàn)平行軸間鏈輪的同向傳動；運動時不能保持恒定的瞬時傳動比；磨損后易發(fā)生跳齒；工作時有噪聲；不易用在載荷變化很大、高速和急速反向的傳動中。 鏈傳動主要用在要求工作可靠，兩軸相距較遠，低速重載，工作環(huán)境惡劣，以及其 他不已采用齒輪傳動的場合。例如摩托車上應用了鏈傳動，結構上大為簡化，而且適用方便可靠；掘土機得運行機構就采用了鏈傳動，它雖然經(jīng)常受到土塊、泥漿和瞬時過載的影響，依然能很好的工作。 要研究內(nèi)容 機械優(yōu)化設計是把數(shù)學規(guī)劃理論和計算方法應用于機械設計，按照預定的目標，借助與電子計算機的運算尋求最優(yōu)的設計方案的有關參數(shù)，從而獲得較好的技術經(jīng)濟效果，進而對機械零件結構參數(shù)的選擇進行優(yōu)化，從而在滿足一定工作條件下，使工作零件結構參數(shù)的選擇盡可能達到最優(yōu)。 在實際生產(chǎn)中 ,鏈傳動的優(yōu)化設計關系到 生產(chǎn)成本的減低。本文的研究目的是尋求鏈傳動的最有效設計方法，使鏈傳動的設計更加簡單方便。進一步開發(fā)出設計鏈傳動的專用設計程序，并通過設計程序 ,對鏈傳動的各個參數(shù)尺寸進行初步的優(yōu)化，對鏈傳動的后續(xù)設計提供最有參考價值的數(shù)據(jù)。 本文所設計的鏈傳動的方向和內(nèi)容，國內(nèi)國外沒有完整的可供參考的資料，完全是根據(jù)鏈傳動的基本設計理論，優(yōu)化設計基本思想與 術相結合，在鏈傳動參數(shù)化設計上的大膽有意義的探索！是鏈傳動參數(shù)化設計一系列課題中很小的一部分！ 本文針對鏈傳動設計中設計變量的性質(zhì)不同、取值離散性大和受設計標 準限制多等關鍵技術問題，研究優(yōu)化設計數(shù)學模型的建立、繪圖程序編制與支撐平臺的關系和鏈傳動的計算程序結構等，為實現(xiàn)鏈傳動的優(yōu)化設計與參數(shù)化繪圖的一體化提供依據(jù)和實現(xiàn)的手段。主要包括以下幾個方面的內(nèi)容： （ 1）根據(jù)機械設計實際問題和對設計所提出的要求，建立優(yōu)化設計的數(shù)學模型，確定鏈傳動的設計變量，建立目標函數(shù)、約束條件等具體的優(yōu)化設計計算的數(shù)學模型； （ 2）按照數(shù)學模型的性質(zhì)，選擇適當?shù)膬?yōu)化方法，和相應的計算程序，針對常用鏈傳動的結構特點，建立設計變量與各個幾何尺寸之間的基本關系，為參數(shù)化繪圖接口 模塊程序編制提供依據(jù)，對設計變量數(shù)，約束條件數(shù)，目標函數(shù)和約束函數(shù)的復雜程度等進行分析； （ 3）根據(jù)優(yōu)化計算結果，對鏈傳動進行再設計，進一步提高鏈傳動的結構合理性、尋求幾何尺寸的最佳組合 , 協(xié)調(diào)零件之間的尺寸關系；分析輸出結果是否達到預期的目的，檢查數(shù)學模型，所用優(yōu)化方法及輸入數(shù)據(jù)是否正確，進行必要的修正后再作運算，對運算結果進行數(shù)據(jù)處理，使其滿足實際要求。 （ 4）在具體的設計中，會遇到某一優(yōu)化設計問題，可采用不同的算法求解，為提高設計和繪圖效率，實現(xiàn)人機對話，開發(fā)出鏈傳動優(yōu)化設計與參數(shù)化自動繪圖軟件包提出具體的實施方案，并遵循以下幾個原則： 1）可靠性要好：在合理的精度要求下，在一定的計算時間內(nèi)，求解優(yōu)化問題的成功率越高，可靠性越好。 2）效率要高：算法的效率是指解題的效率，一般可用算法所用計算時間或計算函數(shù)的次數(shù)來衡量，最好選用不計算梯度與海色矩陣的優(yōu)化方法，盡可能選用計算過程中調(diào)用函數(shù)值次數(shù)少的優(yōu)化方法。 3）穩(wěn)定性要好 ：遇到高度非線性的偏心率大的函數(shù)時，不會因為計算機字長截斷誤差迭代過程正常運行，而中斷運算過程。 4）采用成熟的計算程序：對現(xiàn)有的成熟的計算程序應盡可能的采用，使得解題簡便 。 4 鏈輪的常用材料的分析 鏈輪輪齒要具有足夠得耐磨性和強度。由于小鏈輪輪齒的嚙合次數(shù)比大鏈輪得，所受的沖擊也較大，故小鏈輪應采用較好得材料制造。鏈輪常用的材料和應用范圍見表 1. 表 1 鏈輪常用的材料及齒面硬度 材料 熱處理 熱處理后的硬度 應用范圍 15 ， 20 滲碳 、 淬火 、回火 50~ 60鏈輪 40 、 50 、70 淬火 、回火 40~50 劇烈振動及沖擊的鏈輪 15 20碳、淬火、回火 50~60 動載荷及傳動較大功率得重要鏈輪（ 夾布膠木 率 小于 6度較高、要求傳動平穩(wěn)和噪聲小的鏈輪 5 鏈傳動各個參數(shù)的分析 鏈輪的齒形 滾子鏈與鏈輪的嚙合屬于非共軛嚙合，其鏈輪齒形得設計比較靈活。在國標 1234沒有規(guī)定具體得鏈輪齒形，僅僅規(guī)定了最小和最大得齒槽形狀及其極限參數(shù)。實際齒槽形狀取決于加工輪齒得刀具和加工方法，并應使其位于最小和最大齒槽形狀之間。 距 鏈輪的基本參數(shù)是配用鏈條節(jié)距 p,套筒的最大外徑 距 和表 3 . 表 2 滾子鏈輪的主要尺 寸 名稱 符號 計算公式 備注 分度圓直徑 d d=p/800/z) 齒頂圓直徑 da d+p(1)d+ 到刀具限制 齒根圓直 df df=徑 齒高 ha 0.5(a+b)/2 節(jié)距多邊形以上部分的齒高，用于繪制放大尺寸的齒槽形狀（見表9 確定的最大軸凸緣直徑 dg dg=800/z)內(nèi)鏈板高度，見表 9： 取整數(shù)、其他尺寸精確到 表 3 滾子鏈鏈輪軸向齒廓尺寸 名稱 符號 計算公式 備注 p≤ ≥ ≥ 用者和客戶同意，也可以使用 p≤ 的齒寬。 為內(nèi)節(jié)內(nèi)寬，見表 9寬 單排、雙排，三排 側(cè)倒角 公稱公稱齒側(cè)半徑 公稱公稱p 齒全寬 n 為排數(shù) 輪結構 小直徑得鏈輪可制成整體式（圖 1a）；中等尺寸鏈輪可制成孔板式（圖 1b） ;大直徑的鏈輪，?？蓪X圈用螺栓連接或焊接在輪轂上（圖 1c） 圖 1 鏈輪結構 動鏈輪的齒數(shù) 小鏈輪的齒數(shù) 減小外輪廓尺寸，但齒數(shù)過少 ,會增加運動的不均勻性和動載荷；鏈條在進入和退出嚙合時，鏈節(jié)間的相對轉(zhuǎn)角增大；鏈傳動的相對圓周力增大，從整體上加速鉸鏈和鏈輪的磨損。可見，小鏈輪的齒數(shù)不易過少。鏈輪的最少齒數(shù) 。一般 17,對于高速傳 動或承受沖擊載荷的鏈傳動，1z 不少于 25，且連輪齒應淬硬 。 小鏈輪的齒數(shù) 傳動比給定時 鏈輪齒數(shù) 結果不僅增大了傳動的總體尺寸，而且容易發(fā)生跳齒和脫鏈，從另一方面限制了鏈條的使用壽命 。 當給定磨損量，即鏈節(jié)的增常量 ? p 一定時，鏈輪的齒數(shù)越多，鏈輪上一個鏈節(jié)所對得圓心角越小，鉸鏈所在的圓的直徑的增加量 d? 越大，鉸鏈會更加接近齒頂，從而增 大了跳鏈和脫鏈的機會。從這個意義上講，鏈輪的齒數(shù)不易過多 。通常限定鏈輪的最大齒數(shù) 50,一般不大于 114 。由于鏈節(jié)數(shù)是偶數(shù)，為使鏈條和鏈輪磨損均勻，通常取鏈輪齒數(shù)為奇數(shù)，并盡可能于鏈節(jié)數(shù)互質(zhì)。 從動輪齒數(shù) z2=i*動輪轉(zhuǎn)速 n2=i*傳動比 i 傳動比過大，鏈條在小鏈輪上的包角就會過小，參與嚙合的齒數(shù)減小，每個輪承受的載荷增大，加速輪齒的磨損，且易出現(xiàn)跳齒和脫鏈現(xiàn)象。一般鏈傳動的傳動比 i= 0 g2(i) >= 0 g3(j, k) >= 0 g4(j, k) >= 0 g5(i, k) >= 0 g6(i, k) >= 0 g7(j, k, i) > nd g7(j, k, i) < 10 f ( 1) / 2 * k ^ 2 * ( i)) ^ 2 + j * k * ( i)) ^ 2 < ( 1) / 2 * k ^ 2 * ( i)) ^ 2 + j * k * ( i)) ^ 2 k j i f f k j i g1(x) x - 17 g2(x) 120 - x g3(x, y) x / y - 30 g4(x, y) 50 - x / y g5(x, y) x * y * 60000 - g6(x, y) 15 - x * y * 60000 g7(x, y, z) (z * z / 4) / x (( 1) * y / ^ 2 2 * x / z + z / x) ^ 2 - 8 * 0 1000000000 x * z / 4 * 2 * x / z + z / x) ^ 2 - 8 * f g8(x, y) x ^ (y / ^ (3 - y) g9(x, y, z) q = (( 60000000 / x * y) + (q * x ^ 2 * 2 * y ^ 2 / 3600000000#) 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