我国目前生产的各种类型的齿轮减速电机还存在着体积大、重量重、承载能力低、成本高和使用寿命短等问题，与国外先进产品相比还有相当大的差距。对齿轮减速机进行优化设计，选择其最佳参数是提高承载能力、减轻重量和降低成本的一种重要途径。齿轮减速电机的优化设计一般是在给定功率P、总传动比U、输入转速n以及其他技术条件和要求下，找出一组伺服减速机的某项经济技术指标达到最优的设计参数。
下面介绍建立齿轮减速电机优化设计数学模型时，如何选择设计变量、目标函数和约束条件的一般原则。不同类型的齿轮减速机，选取的设计变量是不同的，对于展开式圆柱齿轮减速机来说，设计变量可取齿轮齿数、模数、齿宽、螺旋角及变位系数等。对于行星齿轮减速机来说，设计变量除上述的齿轮参数外，还可加上行星轮个数。设计变量应是独立参数，因此要特别注意，不要把非独立参数也列为设计变量。例如，齿轮传动的齿数比U为已知，一对齿轮传动中，只能取Z1（或Z2）为设计变量。又如中心距也不应取为设计变量，因为各种齿轮参数确定后，中心距随之而定了。根据齿轮减速机的工作条件和设计要求不同，目标函数也不同。若齿轮减速电机的总中心距没有要求时，可取其最大尺寸最小或重量最轻作为目标函数。若齿轮减速机的中心距已固定，可取其承载能力最大作为目标函数。
齿轮减速机类型、结构形式不同，约束函数也不完全一样。但一般包括以下几方面的内容：边界约束如最小模数，不根切的最少齿数，螺旋角，变位系数，齿宽系数的上、下界等的限制。性能约束如接触强度、弯曲强度、总速比误差、过渡曲线不发生干涉、重合度、齿顶厚等的限制。对行星齿轮减速机来说，还有装配条件、同心条件和邻接条件等的限制。
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