提高漸開線齒輪強度的優(yōu)化設計方法研究.pdf

1、齒輪是動力傳動系統(tǒng)中最關鍵的組成部分。齒輪形狀被認為是影響齒輪質量，比如振動、噪聲、可靠性、承載能力等的主要因素之一。目前已經(jīng)有許多關于齒輪強度測量以及齒牙形狀的分析的研究。本文比較系統(tǒng)地建立提高漸開線直齒圓柱齒輪的嚙合特性表面特性和結構強度的設計方法，包括基于補償分析的齒項修正，基于應力再分布的應力消除結構設計，以及相關的優(yōu)化設計。
　　首先，基于多目標粒子群優(yōu)化算法(MOPSO)提出了漸開線直齒圓柱齒輪的齒頂修正系數(shù)（AMC）

2、的優(yōu)化設計方法，有效改善嚙合特性。齒輪齒形修形和齒頂修正有利于改善直齒輪副的輸出特性。齒頂修正系數(shù)法一般用于齒輪嚙合設計，通常用來盡可能地減小齒輪嚙合過程中的齒面磨損、振動與沖擊。影響齒輪變位系數(shù)的優(yōu)化選擇的約束條件很多，與齒輪的嚙合原理、強度條件和制造工藝有關。此外，齒輪滑動現(xiàn)象會直接影響齒面磨損。為了提高齒頂修正法的應用效果，提出了漸開線直齒輪的齒頂修正系數(shù)的多目標優(yōu)化設計，提高傳動效率及降低齒面磨損與沖擊噪音。在這個優(yōu)化算法中，以

3、小齒輪和大齒輪的兩個齒項修正系數(shù)x1和x2作為設計變量，以兩個齒輪嚙合的效率和平衡后的滑動作為優(yōu)化目標。第一設計目標使用Niemann-公式得到兩個齒輪的嚙合效率，而第二個目標使用Li-公式得到均衡滑動。優(yōu)化分析采用多目標粒子群優(yōu)化算法(MOPSO)算法。
　　其次，提出了綜合考慮齒項修正系數(shù)（AMC）、平衡齒形系數(shù)、平衡滑動系數(shù)以及遺傳算法的優(yōu)化設計方法，提高漸開線直齒圓柱齒輪抗彎強度。注意到，齒頂修正系數(shù)直接影響齒輪形狀。例如

4、，可以控制齒高的長短。對于修正輪廓的齒輪，為了提高齒輪強度，小齒輪以及齒輪系都采用正修正。齒輪使用正修正后，齒根厚會增加，從而使齒輪具有更大的負載能力。齒形系數(shù)也受校正曲線的影響，可以改變齒根最大應力?；诖?，將齒頂修正系數(shù)（AMC）、齒形系數(shù)、滑動系數(shù)和遺傳算法整合到漸開線直齒輪優(yōu)化設計模型。利用該優(yōu)化方法，可以改進漸開線直齒圓柱齒輪強度和均衡齒輪副的抗擾強度。在優(yōu)化模型中，設計變量的選取需要基于設計標準保證滿足必須的嚙合約束條件。優(yōu)

5、化模型通過遺傳算法進行多目標優(yōu)化進行求解。建模過程中，齒輪的輪廓由AutoCAD的編程語言產(chǎn)生（包括前后優(yōu)化），再從AutoCAD轉移到Ansys中，建立嚙合齒輪的有限元模型。將本文所提算法得到靜態(tài)應力（齒根應力，齒面接觸應力）與Ansys計算的結果進行對比分析。
　　最后，基于應力重分布技術在應力集中區(qū)設計了應力消除孔，提出了應力消除孔的優(yōu)化設計方法，可以有效減小直齒圓柱齒輪根圓角應力。該方法分為兩部分。在第一部分中，建立了小齒