（第一版）
陳江義劉竹麗武紅霞主編
2008 年 10 月
一、 設計題目
以單級斜齒輪減速器和典型機械零件為研究物件，進行現代設計方法(優化設計、可靠性設計、機械cad技術)中相關知識的基本訓練。
二、 設計內容
1、 對斜齒輪減速器進行優化設計(包括常規優化和可靠性優化)；
2、 對典型零件的設計資料進行處理，並設計相關程式；
三、 設計任務及要求
1、 以單級斜齒輪減速器的最小體積為目的，考慮強度、結構尺寸以及設計變數的上、下邊界約束，構造優化設計的數學模型(包括常規優化設計和可靠性優化設計兩類數學模型)，並用有約束優化方法進行求解，要求提交建模過程說明書、演算法原理框圖、程式源**、優化設計結果；
注：在減速器可靠性優化設計中，只需考慮齒輪的可靠性，不考慮軸、軸承等其它零件的可靠性。
2、 根據優化設計結果，比較上述兩種方法的差異，並分析產生這種差異的原因，結合常規設計，對上述結果作乙個簡單的評價；
3、 編制一段程式，來處理設計中所需的幾個引數：齒形係數、應力校正係數(數表處理，見《機械設計》p196及p197)和螺旋角影響係數(圖處理，見《機械設計》p215)。
4、 程式源**必須有注釋，務必表達清楚每乙個程式段的功能；
5、 想想看：若需要進一步提高該優化設計程式的功能，還需要做哪些方面的工作？提倡改進指導書中所提供源程式。
四、 給定條件引數
該減速器工作條件是：一班制、連續單向運轉、載荷平穩、室內工作，使用壽命10年，中小批量生產，其中齒輪精度為7-7-7級，材料均為45鋼調質，其它資料如下
在進行計算機輔助設計時，有時需要將設計手冊中給定的數表變成計算機能夠識別的程式和資料庫。對於大型的資料集合，採用資料庫是合適的，這樣便於對資料集合進行管理(如新增、刪除、查詢)。如果設計手冊進行了版本公升級和更新，則可以利用資料庫很方便地進行設計資料的更新與修改。
然而，在使用資料庫時，除了需要具備機械設計的知識外，還必須能夠熟練地進行資料庫操作能力，以及用高階語言訪問資料庫的能力。因此，對於小型的數表可以直接將其程式化後嵌入到機械設計程式中，這樣一則程式較簡單，二則可以避免運算元據庫。
至於如何對數表進行程式化，下面以表1-1中齒形係數和應力校正係數來說明這個過程。在對齒輪傳動進行計算機輔助設計時，齒形係數和應力校正係數是需要用到的一組資料。
表1-1 齒形係數yfa和應力校正係數ysa
分析表1-1，可以發現上述齒數(當量齒數)、齒形係數與應力校正係數構成三個等長的陣列。當齒數在17-30之間時，可以直接根據齒數查詢出對應的齒形係數和應力校正係數。而當齒數在30-200之間時，可以利用線性插值的方法來計算出齒形係數和應力校正係數。
插值過程如下：
對於給定的齒數z∈(30,200)，如果zi≤ z＜zi+1，其中zi是齒數陣列中的第i個元素，則根據線性插值可以計算出該齒數對應的齒形係數和應力校正係數，即
， (1-1)
其中和分別是齒形係數陣列和應力校正係數陣列中的第i個元素。按此思路與規則，這裡給出該數表程式化的乙個示例(也可以寫成其它形式)。
例1.1 齒形係數和應力校正係數的處理(在turbo c上除錯通過)
/*齒形係數及應力校正係數的處理子程式*/
/*輸入引數：z0 – 實變數，齒數*/
/*輸出引數：yfsa – 一維陣列變數，其中兩個元素分別為與z0對應的齒形係數和應力校正係數*/
void findyfsa(double z0,double yfsa)
; double yfa=;
double ysa=;
if(z0>200) /*如果齒數大於200，則用表中最後一列資料*/
if(z0<17) /*如果齒數小於17*/
for(i=0;i<24;i++) /*處理表中對應資料*/
}}圖1-1是螺旋角影響係數，它反映螺旋角對輪齒彎曲強度的影響。將下圖程式化可以採用兩種方法，其一是將每一根曲線進行處理，該方法較為繁瑣，而且程式**較長，其二是研究這些曲線的規律，找出能反映規律的方程表示式，從而使程式**大大簡化。
圖1-1 螺旋角影響係數y
對於第一種方法，其程式**如下。
例1.2 螺旋角影響係數的處理方法1(在turbo c上除錯通過)
/*螺旋角影響係數的處理子程式*/
/*輸入變數：blt, epx – 螺旋角(單位弧度)，縱向重合度*/
/*輸出變數：返回值，螺旋角影響係數*/
double findyblt(double blt,double epx)
; double q[11]=;
double angle,yb;
angle=30*pi/180設定30常數*/
if(epx>=0 && epx<=1.0)
if(blt>angle)
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