稳健优化设计及其在摆线针轮减速机中的应用研究 机械电子工程专业.docx

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稳健优化设计及其在摆线针轮减速机中的应用研究机械电子工程专业

江苏科技大学

本科毕业设计（论文）

学院机械工程学院

专业机械电子工程

学生姓名

班级学号

指导教师

二零一零年六月

江苏科技大学本科毕业论文

稳健优化设计及其在摆线针轮减速机中的应用研究

StudyonModernRobustOptimalDesignandKeyTechnologyofitsApplicationincycloidspeedreducer

（理工类）：

江苏科技大学

毕业论文（设计）任务书

学院：

 张家港校区 专业：

（张家港）机械电子工程

学号：

  姓名：

指导教师：

  职称：

教授

2010年2月20日

毕业设计（论文）题目：

稳健优化设计及其在摆线针轮减速机中的应用研究

一、毕业设计（论文）内容及要求（包括原始数据、技术要求、达到的指标和应做的实验等）

1、熟悉稳健设计理论及方法，查阅文献资料，给出文献综述

2、结合摆线针轮减速器，采用稳健设计方法对其进行设计

摆线针轮减速器的给定参数如下：

输入功率NH=5.5KW

输入轴转速nH=1500转/分

传动比I=29

每天工作8小时工作平稳

3、绘制摆线针轮减速器总装图及部分部件图（运用UG、CAD实现）

4、外文文献资料翻译

5、毕业论文

二、完成后应交的作业（包括各种说明书、图纸等）

1.毕业设计论文一篇；

2.外文译文一篇；

3.机械装配图、零件工程图一套；

4.零件三维造型；

5.软件原型系统。

三、完成日期及进度

自2010年3月22日起至2010年6月11日止。

进度安排：

3.1~3.24，搜集、阅读资料，调研；

3.24~3.27,整理资料，并完成开题报告；

3.28~4.10，稳健设计理论学习；

3.28~4.10，绘制工程图；翻译；

4.11~4.25，系统体系结构研究，三维造型；

4.26~5.5，软件操作训练；

5.6~6.1，完成原型系统开发，准备论文提纲；

6.2~6.11，毕业论文书写、并准备论文答辩。

6.12~6.13，论文答辩。

四、同组设计者（若无则留空）：

五、主要参考资料（包括书刊名称、出版年月等）:

[1]李泳鲜,孟庆国,姬振豫.机械稳健设计的研究概况与趋势[J].工程设计,1991：

1～4

[2]韩之俊主编.三次设计[M].北京：

机械工业出版社，1992

[3]ThomasB.Barber,QualityEngineeringByDesign：

Tagchi’sPhilosophy.QualityProgress,1986:

32～42.

[4]陈立周.稳健设计[M].北京：

机械工业出版社，1999，12

[5]ShoemakerAC,TsuiKLWuCFJ.Economicalexperimentationmethodsforrobustdesign[J].Technometrics1991,33（4）:

415～427

[7]DaryPregibon.Reviewofgeneralizedlinearmodels[J].TheAnnalsofStatistics,1984,12（4）：

1589～1596

[8]张端红,孙力峰,段国林等.基于工程模型现代稳健化设计[J].河北工业大学学报,1999.1

[9]陈建江,钟毅芳,肖人彬.基于正交试验的稳健优化设计方法及其工程应用[J].中国机械工程,2004，15（4）：

283～286

[10]李泳鲜，李自贵.三次模糊设计在工程机械中的应用方法[J].工程机械,2000（9）：

20～23

[11]郭惠昕.产品质量的模糊稳健性研究及模糊稳健优化设计方法[J].中国机械工程,2002，13（3）：

47～45

[12]刘佳.基于随机模拟试验的稳健优化设计方法研究[硕士论文].昆明:

昆明理工大学，2002.3

[13]陈立周,何晓峰，翁海珊等编著.工程随机变量优化设计方法[M].北京：

科学出版社，1997

系（教研室）主任：

（签章）年月日

学院主管领导：

（签章）年月日

注：

1、如页面不够可加附页

2、以上一～四项由指导教师填写

摘要

随着人们对于产品质量的要求越来越高，稳健设计在工业中的应用显得愈来愈重要，特别是优化设计与稳健设计的结合正在受到人们的高度关注。

稳健优化设计思想应贯穿于整个设计过程中，在产品的方案设计、参数设计和工艺设计中都可以运用稳健优化设计的方法以确保产品的质量性能。

摆线针轮行星减速器作为重要的机械传动部件具有体积小、重量轻、传动效率高的特点。

在很多情况下，它可以代替一般多级圆柱齿轮传动或蜗杆传动。

摆线针轮传动已经受到了国内外的广泛重视，正日益增多地应用在许多工业部门中。

本论文将稳健优化设计运用于摆线针轮行星减速中，将目标函数及约束条件的灵敏度最小作为附加目标函数引入摆线针轮行星减速器的优化设计模型中，通过实例计算表明该方法能够保证最优点的可行稳健性，达到稳健优化设计的要求。

关键词：

稳健优化设计；摆线针轮行星传动；减速器；灵敏度分析

Abstract

Theapplicationofrobustdesigninindustryismoreandmoreimportant.Especiallythecombinationofoptimaldesignandrobustdesignisofinterestcurrently.Thethoughtofrobustoptimaldesignshouldbeembodiedinthewholedesignprocess.Inthephaseofconceptualdesignanddetaileddesign,robustoptimaldesignmethodscanbeusedtoinsurethequalityofproduct.

Thecycloid—gearreducerisoneofthemostimportanttransmissioncomponentsofthepumpingunitbyitssmallervolume，lighterweightandeffectivetransmission.Inmanycases,itcanreplacethegeneralmulti-stagecylindricalgeardriveorwormdrive.Cycloiddrivehasbeenextensiveattentionbothathomeandabroad,andisincreasinglyusedinmanyindustrialsectors.

ThisthesisusestherobustoptimaldesignmethodsintotheCycloiddrive.Advancesakindofmethodthatputssensitivityanalysisoftargetfunctionandrestrictionconditionsintooptimaldesignofcycloidcamplanetaryspeedreducer．Anappliedexampleshowsthatthemethodcanimprovefeasibilityrobustnessofoptimalresultandenhancesensitivityrobustnessofqualityfunction．

KeyWords:

Robustoptimaldesign;cycloidcamplanetarytransmission;speedreducer;sensitivityanalysis

第一章绪论1

1.1课题的背景及意义1

1.2稳健设计的研究概况2

1.2.1传统稳健设计方法2

1.2.2现代稳健设计方法4

1.3研究现状5

1.4课题研究内容及章节安排6

1.4.1课题研究内容6

1.4.2章节安排7

1.5小结7

第二章稳健优化设计理论体系8

2.1稳健优化设计基本原理8

2.1.1功能参数分类8

2.1.2稳健优化设计的一般模型9

2.2产品质量稳健性指标11

2.2.1部分缺陷11

2.2.2功能特性指数11

2.2.3质量损失函数13

2.3稳健性指标的获取方法16

2.3.1试验设计（DOE）16

2.3.2质量准则的随机性分析18

2.4小结22

第三章摆线针轮减速器传统设计计算23

3.1摆线针轮传动的原理23

3.2摆线针轮的结构24

3.3摆线针轮传统设计计算26

第四章摆线针轮减速器的稳健优化设计33

4.1基于最小灵敏度的工程稳健优化设计模型33

4.2摆线针轮减速器稳健优化数学模型34

4.2.1确定设计参变量34

4.2.2确定约束条件35

4.2.3确定目标函数37

4.2.4多目标优化模型的求解37

4.3计算实例与分析38

4.4小结39

第五章稳健优化设计软件原型系统的开发40

5.1软件系统整体设计40

5.2系统实现与运行40

5.2.1系统主界面40

5.2.2系统主要模块41

5.3运行实例45

5.4小结47

第六章摆线针轮减速器关键零件的CAE分析48

6.1系统环境介绍48

6.1.1PRO/E概述49

6.1.2ANSYS概述49

6.2摆线轮的三维实体建模49

6.2.1摆线副共轭齿廓的形成原理49

6.2.2主要设计步骤50

6.3摆线轮的有限元分析51

6.3.1PRO/E中模型导入ANSYS中的探讨52

6.3.2摆线轮的有限元分析53

总结58

致谢60

参考文献61

第一章绪论

1.1课题的背景及意义

进入21世纪以来，随着经济全球化的发展，市场竞争日趋激烈。

人民生活水平不断提高，购物观念日趋成熟，产品消费面向多元化。

另外，科技水平的不断提高，使得生产工艺和经营理念也在不断进步。

在这种情况下，产品的竞争已不再局限于价格的竞争，质量竞争逐渐转变为市场竞争的主要形式。

因此，产品质量成为判别企业竞争力高低和企业能否在全球竞争中生存的决定性因素。

在我国质量不稳定是产品普遍存在的问题，提高产品质量稳定性是我国产品赶超国际先进水平的关键所在。

多年来，质量控制实施的阶段和方法在不断变化。

传统方法是在生产线上布置大量的检测人员，由这些检测人员检测产品的质量是否符合要求，那时人们认为质量是检测出来的。

后来随着统计技术的利用，人们开始发展和采用统计过程控制（SPC：

StatisticalProcessControl）技术来控制生产过程，并保证在生产过程中获得人们期望的质量。

于是观念转变为质量是生产出来的。

但是，随着工业生产的发展，产品的功能和结构日趋复杂，产品设计在整个生命周期内占有越