与定速比传动的圆齿轮不同,非圆齿轮能实现变速比传动,广泛应用与轻工、纺织、烟草、食品等机械中,在机构创新设计中具有重要作用。但是,由于其设计计算复杂、加工制造困难,长期以来限制了非圆齿轮更为广泛的应用。进入20世纪70年代以后,随着计算机技术和数控技术的发展,掀起了新的一轮非圆齿轮研究及应用热潮,因而被称为非圆齿轮的“再发明(Rediscovering)”。 齿轮数控技术的发展解决了非圆齿轮加工制造困难的问题。但是,现有文献中给出的设计方法(包括计算机辅助设计方法)均属于基于分析的设计方法,即:给定一组参数,得到分析计算(校核计算)结果,如发现不妥,则修改给定参数,在做分析与校核,具有较大的盲目性,设计周期冗长,设计质量也难以保证。 本文针对非圆齿轮设计计算复杂的问题,将优化设计的概念引入非圆齿轮设计。因为非圆齿轮的设计过程可表述为:在给定传动比变化规律的前提下,选取一组几何参数,在保证齿轮正确啮合、连续传动的约束下(还可包括强度、刚度等约束),尽可能逼近给定的传动比变化规律,其本质是一个优化问题。 本文分别给出椭圆齿轮、变性椭圆齿轮、偏心齿轮三种封闭性非圆齿轮传动的多目标优化设计数学模型;依据啮合基本定理(Willis)推导和完善了非圆齿轮传动设计的有关公式;编写了非圆齿轮传动优化设计程序。 经过使用本文的优化设计程序对以往的有关算例进行计算并比较,证明了,引入优化设计概念进行非圆齿轮传动的设计,是一种基于综合的设计方法,无须反复试凑参数和进行校核修正,能满足工程设计的不同需要,改善设计质量,提高一次成功率,具有重要的理论与实际意义。