制造业信息化机电工程技术2014年第43卷第11期
DOI:10.3969/j.issn.1009-9492.2014.11.021
MATLAB在齿轮优化设计中的应用
任建华，刘艳层，梁振刚
（河北工程大学机电工程学院，河北邯郸056038）
摘要：在圆柱齿轮减速器中，考虑到对两齿轮及相关轴体积的减小，利用MATLAB优化工具箱，建立优化目标函数、选取设计
变量、确定约束条件及函数。编程最终结果表明采用MATLAB算法求解优化问题，算法有效可靠、程序编写简单快捷，设计效
率得以提高，从而为减速器的优化设计提供了良好的参考价值。
关键词：减速器；优化设计；MATLAB
中图分类号：TH122文献标识码：B文章编号：1009－9492(2014)11－0076－03
TheApplicationofMATLABintheOptimalDesignofGears
RENJian-hua，LIUYan-ceng，LIANGZhen-gang
（SchoolofElectricalandMechanicalEngineeringofHebeiUniversityofEngineering，Handan056038，China）
Abstract:Consideringthevolumeoftwogearsandtherelatedaxleinthecylindricalgearreducer，itusestheoptimizationtoolboxof
MATLABtoestablishobjectionfunctions，selectthedesignvariables，deteminetheconstraintsandfunctionsandoptimize.Itturnedout
thatthearithmeticiseffectiveandreliable，theprogrammingissimpleandthedesignefficiencyistobeimprovedtousetheMATLAB
arithmetic.Itprovidesagoodreferencevaluefortheoptimaldesignofgearreducer.
Keywords:reducer；optimaldesign；MATLAB
0前言度、可靠性、承载能力及减速箱的结构合理性等
优化设计是现代设计法中的一个重要领域，有较大影响，而各参数之间关系错综复杂、相互
它是从众多的可行设计方案中寻找出最佳设计方影响制约[3]。目前，有各种不同优化算法的软件对
案，极大地促进了现代工程设计理论方法的发齿轮啮合参数进行优化。本文针对齿轮及相关轴
展。传统的设计方法，只是按照设备相应的规范的体积最小，利用MATLAB进行设计编程，为类
进行设计，往往导致其体积过大，材料消耗增似齿轮参数设计提供良好的参考价值。
[1]1.2建立数学模型
加，成本偏高等等，所以优化设计势在必行。
圆柱齿轮减速器具有传动平稳、结构紧凑、（1）方案实施流程图
传动效率高、传动比平稳、寿命长等优点，因此方案实施流程如图1所示。
被广泛地应用于各类机械产品和设备中[2]。本文对（2）确定目标函数及设计变量
单级直齿圆柱齿轮减速器进行优化设计，选择齿设计一个运输散粒粮食的齿轮减速器装置，
轮及其相关轴体积均最小为优化设计目标，建立如图2所示一级圆柱齿轮减速箱，已知：电机功
优化设计数学模型，利用MATLAB优化工具箱进