齿轮减速机的优化设计可以在不同的优化目标下进行，除了一些极为特殊的场合外，通常可以分为从结构形式上追求最小的体积（重量）、从使用性能方面追求最大的承载能力、从经济效益角度考虑追求最低的费用等三大类。第三类目标的实现，将涉及相当多的因素，除齿轮减速电机设计方案的合理性外，还取决于企业的劳动组织、管理水平、设备构成，人员素质和材料价格等因素。但对于设计人而言，该目标最终还是归结为第一类或第二类目标，即减小齿轮减速机的体积或增大其承载能力。
第一类目标与第二类目标体现着齿轮减速电机设计中的一对矛盾，即体积（重量）与承载能力的矛盾，在一定体积下，伺服减速机的承载能力是有限的，在承载能力一定时，齿轮减速电机体积（重量）的减小是有限的，由些看来，这两类目标所体现的本质是一样的，只是前一类把一定的承载能力作为设计条件，把体积（重量）作为优为目标，后一类反之，把一定的体积（重量）作为设计条件，把承载能力作为优化目标，齿轮减速机优化设计通常用中心距作为体积（重量）的表征参数。因此，优化设计有两类问题，第一类是从给定的承载能力出发，以齿轮减速电机总中心距最小为优化设计的目标，第二类是从给定的总中心距出发，以齿轮减速机的承载能力最大为优化设计的目标。优化设计的数学模型：建立正确的数学模型是进行齿轮减速机优化设计的关健，因此优化设计的数学模型必须能够正确地表达齿轮减速电机的设计问题，准确可靠地保证齿轮减速机设计问题所要达到的目的和满足的各种限制条件。
设计变量的选取：一般地，齿轮减速机的所有影响设计质量的独立设计参数，如齿轮的齿数、模数、螺旋角、齿宽和变位系数以及各级中心距等结构尺寸都应作为设计变量。但过多的设计变量，会增加计算的工作量和难度，通常将那些对优化目标影响比较明显的、易于控制的设计参数才作为设计变量。虽然齿轮的材料性能也影响齿轮减速电机的体积、尺寸及其成本，但不作为设计变量，而作为设计常量来处理。
设计变量的选取：一般地，齿轮减速机的所有影响设计质量的独立设计参数，如齿轮的齿数、模数、螺旋角、齿宽和变位系数以及各级中心距等结构尺寸都应作为设计变量。但过多的设计变量，会增加计算的工作量和难度，通常将那些对优化目标影响比较明显的，易于控制的设计参数才作为设计变量，虽然齿轮的材料性能也影响齿轮减速电机的体积、尺寸及其成本，但不作为设计变量，而作为设计常量来处理。
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