本书将深化机械优化设计课程的教学体系、教学内容、教学方法及教学手段等方面的改革,更加方便广大读者的学习和使用。该书涵盖机械类、材料类的典型工程实例,并以行星减速器为依托进行优化设计及结构设计,完整地将优化设计方法应用到工程实际设计中。在教学过程中发挥不可替代作用,可供本科机械专业教学使用,也可供相关技术人员参考
“机械优化设计” 课程是高等院校机械类各专业的一门重要技术基础课。随着科学技术和本学科的发展, 为了进一步满足教学的需要, 编者结合近几年的教学实践, 编写了本教材。
本教材着重介绍机械优化设计方法在典型机械零部件, 特别是在行星齿轮减速器设计中的应用。全书以MATLAB 为优化设计工具, 注重工程实际应用。本教材主要内容分为六个部分: 一是优化设计基本理论, 包括优化数学模型的建立、一维探索最优化方法、无约束多维问题最优化方法、约束问题最优化方法; 二是MATLAB 编程基础, 包括MATLAB 用户界面、MATLAB 路径搜索、MATLAB 应用特点、编程基础、M 文件编辑和调试及文件管理等;三是MATLAB 优化工具箱及优化计算, 包括线性规划问题、二次规划问题、约束非线性规划问题的MATLAB 优化工具箱使用方法; 四是典型机械零件的优化设计, 包括滚子链传动优化设计、蜗杆传动优化设计、机床主轴结构优化设计、螺栓组连接的优化设计; 五是渐开线行星齿轮传动, 包括渐开线行星齿轮传动的基本形式、行星齿轮减速器、行星齿轮传动的特点、行星齿轮传动的配齿计算等; 六是行星齿轮传动装置的优化设计, 包括2K.H 型行星齿轮机构优化设计的数学模型, 2K.H 型行星齿轮机构齿数选择、优化方法和计算举例, 行星齿轮减速器的均载方法、主要部件设计、结构设计及装配。
参与本教材编写的有沈阳工业大学的李延斌、田方、乔景慧、乔赫廷、张明远、王慧明、张禹、闫明、吕晓仁、姜彤、赵铁军。本教材由李延斌、田方任主编。
由于编者的水平和时间有限, 书中难免存在疏漏和不当之处, 敬请广大读者批评指正。
编 者
前 言
第1 章 优化设计基本理论 1
1. 1 优化设计的数学模型 1
1. 2 优化方法 4
第2 章 MATLAB 编程基础 11
2. 1 MATLAB 用户界面 11
2. 2 MATLAB 路径搜索 15
2. 3 MATLAB 应用特点 16
2. 4 编程基础 18
2. 5 M 文件编辑器 29
2. 6 图形窗口 29
2. 7 MATLAB 文件管理 30
2. 8 MATLAB 帮助系统 30
第3 章 MATLAB 优化工具箱及优化
计算 31
3. 1 MATLAB 优化工具箱 31
3. 2 线性规划问题 32
3. 3 二次规划问题 33
3. 4 约束非线性规划问题 35
第4 章 典型机械零件的优化设计 39
4. 1 滚子链传动优化设计 39
4. 2 蜗杆传动优化设计 42
4. 3 机床主轴结构优化设计 44
4. 4 螺栓组连接的优化设计 46
第5 章 渐开线行星齿轮传动 49
5. 1 渐开线行星齿轮传动的基本形式 49
5. 2 行星齿轮减速器 54
5. 3 行星齿轮传动的特点 56
5. 4 行星齿轮传动的配齿计算 58
5. 5 行星齿轮传动的发展概况与方向 63
第6 章 行星齿轮传动装置的优化
设计 66
6. 1 2K.H 型行星齿轮机构优化设计的
数学模型 66
6. 2 2K.H 型行星齿轮机构齿数选择 70
6. 3 关于参数圆整 70
6. 4 优化方法和计算举例 72
6. 5 行星齿轮减速器的均载方法 73
6. 6 浮动用齿式联轴器设计 78
6. 7 行星减速器主要部件设计 82
6. 8 行星齿轮减速器结构设计 93
6. 9 行星齿轮减速器装配 98
附录 计算数据表 102
参考文献 103