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文檔簡介
1、<p><b> 附錄</b></p><p> 多級變速箱的優(yōu)化設(shè)計(jì)傳動(dòng)部件的建模</p><p> 教授博士博?伊達(dá)爾ROSI?,DR亞歷山大馬林科維奇,vencl先生</p><p> 摘要: 利用優(yōu)化設(shè)計(jì)的齒輪傳動(dòng),能夠確定最佳的齒輪傳動(dòng)參數(shù)之間的關(guān)系,以及各傳輸階段區(qū)別。本文提出了齒輪傳動(dòng)的優(yōu)化和多目標(biāo)優(yōu)化程序一一標(biāo)
2、準(zhǔn)程序?qū)τ诿總€(gè)傳輸階段。本文的第二部分是集中在圓柱齒輪,常用的機(jī)械零件,齒輪傳動(dòng)的主要零件。這些模型是用零件裝配設(shè)計(jì)在CATIA軟件模塊v5r11。在有限元分析模型研究someapplications完成了優(yōu)化。</p><p> 關(guān)鍵字:優(yōu)化設(shè)計(jì),常用的機(jī)械零件,計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì),齒輪建模,CATIA</p><p><b> 1.簡介</b></p>
3、<p> 從優(yōu)化與決策理論的概念可以知道所有階段的設(shè)計(jì)中的重要作用過程。優(yōu)化設(shè)計(jì)的理論和應(yīng)用方法將展示出一個(gè)多級變速箱的例子。變速箱是機(jī)器的一個(gè)重要組成成員,廣泛應(yīng)用于工程領(lǐng)域,它必須滿足非常嚴(yán)格的技術(shù)要求,可靠性,效率,精密制造的齒輪,軸承等。精密的測試制造齒輪、軸承等該領(lǐng)域的最新成果技術(shù)已應(yīng)用于制造過程。</p><p> 計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,與相應(yīng)的計(jì)算機(jī)程序(AutoCAD,Solid W
4、orks,CATIA,等),有很多專家發(fā)現(xiàn)在高技術(shù)水平的地方減速器設(shè)計(jì)系統(tǒng)發(fā)展很快。因此,可以說,目前,變速箱的設(shè)計(jì)不再是一個(gè)“日常工作”,大多數(shù)情況下,基于設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)和知識。</p><p> 本文演示應(yīng)用非線性多目標(biāo)優(yōu)化方法,專家以當(dāng)一個(gè)模塊在變速箱設(shè)計(jì)系統(tǒng)為目的建立這樣一個(gè)強(qiáng)大的方法。簡介一些標(biāo)準(zhǔn),考慮到的理想性能,結(jié)合高質(zhì)量齒輪箱部件模型對一個(gè)火車齒輪模型實(shí)現(xiàn)一個(gè)重要步驟。</p>&l
5、t;p><b> 2.變速箱分解</b></p><p> 變速箱復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng)可以分解成相應(yīng)的交互齒輪數(shù)。這意味著對于多級變速箱的程序優(yōu)化也可以通過相應(yīng)數(shù)量進(jìn)行的階段。在第一個(gè)優(yōu)化階段,特點(diǎn)是比較小的變量數(shù),每箱傳動(dòng)比的分配的階段是在定義的條件該齒輪體積最小。在第二階段,</p><p> 多目標(biāo)優(yōu)化問題的求解通過引入更多的標(biāo)準(zhǔn),表示變速箱的基本性能。因
6、此,必須滿足以下幾個(gè)方面的限制:負(fù)荷分布,應(yīng)力,運(yùn)動(dòng)學(xué)正確的共軛齒輪。</p><p> 多級變速箱的目標(biāo)函數(shù)表示該齒輪組的體積,可以寫在表格下面的關(guān)系[ 1 ]:</p><p> f(x) = 0.25πd13jI((1+uI2)+jIId32/d12jI(1+uII2)+...) (1)</p><p> 注釋:Ul,UII–特定的傳動(dòng)比多級齒
7、輪傳動(dòng)的階段;D1,D3–直徑,主動(dòng)齒輪;J = B / D1主動(dòng)的齒輪直徑寬度比驅(qū)動(dòng)齒輪的運(yùn)動(dòng)學(xué)圈。</p><p> 對目標(biāo)函數(shù)的聲明,它也是必要的從功能限制的角度定義的第一階段齒輪的表面強(qiáng)度,這可以寫在下面的表格:</p><p> G(x)=Z·[(2·K·T1)/d13] ·(U1+1)/U1≤[
8、SH]1/SH (2)</p><p> 而且,從強(qiáng)度角度量:</p><p> g``(x)=K·Y·(2T1)/(Ψ1·d12·m1) ≤[Φf]1/SF(3)</p><p> 在完全類似的情況下,功能限制從傳輸階段的表面的體積力確定了變速箱。</p><p> 從開始的對變速
9、器傳動(dòng)比的技術(shù)要求,它也要確定在功能上的限制方程形式:</p><p> h1(x)=u-u1·u2·u3·…·u(n)=0 (4)</p><p> 根據(jù)確定的目標(biāo)函數(shù)和的限制,可以注意到這個(gè)問題屬于非線性優(yōu)化領(lǐng)域的不等式形式的限制。為解決這個(gè)問題的方案,計(jì)算機(jī)程序SUMT法,基于混合罰函數(shù),已經(jīng)被應(yīng)用
10、。圖1顯示結(jié)果的圖形表示計(jì)算機(jī)程序SUMT?;诮孛嫦鄳?yīng)的功能的域?qū)τ诙嗉壸罴褌鲃?dòng)比變速箱是通過以下方式定義:</p><p> 圖1:輪系總傳動(dòng)比和體積之間的關(guān)系</p><p> 完成此分析分解變速箱,這是增加了一個(gè)對的形式的限制不等式,基于應(yīng)力的限制:</p><p><b> -I級齒輪齒應(yīng)力</b></p><
11、;p><b> -II級齒輪齒應(yīng)力</b></p><p> 基于齒輪應(yīng)力關(guān)系價(jià)值的齒輪模塊法:--對接觸應(yīng)力</p><p><b> 對彎曲應(yīng)力</b></p><p> 圖2顯示的圖形解釋的關(guān)系(7)和(8)的齒數(shù)Z1功能。上兩個(gè)在圖2線路提出了齒輪模數(shù)值并對接觸應(yīng)力和較低的值的齒根應(yīng)力的測定。線和在圖
12、2中可容空間。表明,接觸應(yīng)力與齒輪模數(shù)的關(guān)系(7)優(yōu)先,是用于齒輪的尺寸測定。</p><p><b> 齒數(shù)Z1</b></p><p> 圖2:模數(shù)值與齒數(shù)圖</p><p><b> 3.齒輪建模</b></p><p> 齒輪在今天是非常重要的機(jī)械零件,普遍使用在不同類型的變速箱和傳
13、動(dòng)裝置。特別是圓柱形的齒輪是最適用的,具有很高的傳動(dòng)效率和簡單的生產(chǎn)。圓柱齒輪建模是非常重要的設(shè)計(jì)過程,為使齒輪箱實(shí)際模型,如齒輪和傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的分析優(yōu)化。去年,這個(gè)過程可以很快速定性使用新的軟件工具,如CATIA。這個(gè)軟件是很復(fù)雜的,但一些主要模塊部分的設(shè)計(jì)和裝配設(shè)計(jì)中采用圓柱齒輪建模。主要問題是任何齒輪建模是定義一個(gè)真正的齒之后,將其導(dǎo)入到齒輪體的制備。圓柱形的齒輪建模包括幾個(gè)階段,取決于齒輪體及其生產(chǎn)方式:齒輪建模過程的第一階段是定義
14、漸開線齒輪齒廓。第二階段,在切割或擠壓齒輪箱體,部分是利用CATIA模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)齒輪機(jī)構(gòu)。第三階段,只有在焊接方法齒輪本體,是將所有部件使用組件設(shè)計(jì)模塊。所有這些階段包括多種經(jīng)營它將分別描述在后續(xù)的章節(jié)。每一章的主要內(nèi)容為一般建模,使用一些具有特殊的操作CATIA軟件在齒輪建模與實(shí)例不同的圓柱齒輪建模。</p><p> 內(nèi)齒輪齒廓曲線有一節(jié)四個(gè)不同的線和外部環(huán)境分析,明確了齒輪的完整輪廓。所以有漸開線齒廓圓弧
15、,圓弧形腳,齒頂圓弧擺線弧作為連接[ 4 ]。在分析運(yùn)動(dòng)學(xué)方法對輪廓定義是定義一個(gè)很大的限制設(shè)置和約束方程的參數(shù)輪廓圓弧角。經(jīng)過矩陣變換接觸線嚙合矩陣參數(shù)方程齒輪的齒廓曲線可以確定?;诖私馕鲞\(yùn)動(dòng)學(xué)模型的計(jì)算機(jī)程序來定義齒輪廓[ 5 ]點(diǎn)。</p><p> 齒輪建模是非常有用的,使現(xiàn)實(shí)的齒輪傳動(dòng)的仿真,所以有很多其他的分析。不同的軟件工具在今天使用的機(jī)械設(shè)計(jì)和機(jī)械零件的造型,如ACAD,機(jī)械工程師和最后的桌面
16、,親年工程制圖,CATIA等,但可以看出齒輪建模(特別是內(nèi)齒輪)與真實(shí)分布比較復(fù)雜的建模所有其他的機(jī)械元件。這里將介紹圓柱齒輪建模使用CATIA的可能性v5r11軟件。取決于生產(chǎn)方式和齒輪體形式可以使用設(shè)計(jì)模塊或部分CATIA軟件組件設(shè)計(jì)。</p><p> 對于簡單的圓柱齒輪設(shè)計(jì)(平)第一步是定義正確的草圖,在漸開線齒形坐標(biāo)(從第一階段)應(yīng)進(jìn)口。后設(shè)計(jì)師可以將基于草圖的特征(創(chuàng)建墊),把切齒輪模型是在圖3所示
17、。</p><p> 圖3:圓柱齒輪的簡單模型</p><p> 向前一步是設(shè)計(jì)一個(gè)機(jī)齒輪體,可以通過旋轉(zhuǎn)skatch使建模圖,或是生產(chǎn)過程的模擬。在圖4給出了一種齒輪模型也采用skatch很少基于草圖的,打扮和轉(zhuǎn)化特征。介紹了齒輪使用中常見的,他們有一個(gè)外部的漸開線齒廓。但在某些情況下,如行星齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì),有必要做一個(gè)模型內(nèi)部的異形齒輪。為此,設(shè)計(jì)師必須計(jì)算漸開線齒廓坐標(biāo)的新表,由使
18、用外部齒輪作為一種工具,使內(nèi)部輪廓。正確的素描和其他特征,其他圓柱齒輪建模已被使用。</p><p> 圖4:圓柱齒輪模型制造</p><p> 裝配設(shè)計(jì)是另一個(gè)模塊設(shè)計(jì),這是在完成所有零件和標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)在部分或形狀建模元素的模塊設(shè)計(jì)。此外,它是可能的插入新的在現(xiàn)有的組件和身體也做布爾操作之間的身體如果它是必要的。這些之間的布爾運(yùn)算體組裝體,相交體,等。</p><p&
19、gt; 使用裝配設(shè)計(jì)的最佳樣本圓柱齒輪的焊接數(shù)量的分離元素。這意味著這種類型的齒輪組成以許多元素為藍(lán)本,零件設(shè)計(jì)的主要部件為漸開線齒形,外板焊接中央筒板和兩側(cè)兩圈六加強(qiáng)筋(圖5)。</p><p> 圖5:焊接的圓柱齒輪</p><p> 齒輪建模是非常重要的因?yàn)樵S多應(yīng)用程序可以做:完成組裝后可以做運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真,使用另一個(gè)CATIA模塊單元。內(nèi)外齒輪的模型可用于解決很多機(jī)械工程的問題,
20、如結(jié)構(gòu)分析,相應(yīng)的齒輪之間接觸壓力和許多其他分析[ 8 ]。一個(gè)典型的這可能是以下結(jié)構(gòu)為例采用有限元法進(jìn)行分析,其中圖6顯示了齒輪模型77633這使得18965節(jié)點(diǎn)四面體。</p><p> 圖7:在有限元網(wǎng)形齒輪模型</p><p> 應(yīng)力值(圖7)是在高負(fù)荷的齒輪重要的建設(shè)性的觀點(diǎn)可以在設(shè)計(jì)和優(yōu)化過程和程序也非常有用。</p><p> 圖7:利用應(yīng)力值加
21、載齒輪模型計(jì)算及其結(jié)構(gòu)分析</p><p><b> 4.結(jié)論</b></p><p> 本文是一個(gè)簡短的說明,更廣泛的研究與建設(shè)強(qiáng)大的多目標(biāo)優(yōu)化方法引入變速箱設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)。指出了分解的多級變速箱復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)的必要性。在此過程中,變速箱優(yōu)化程序也通過了相應(yīng)數(shù)量的階段。在這第一次的優(yōu)化階段,實(shí)際的域應(yīng)用齒輪箱的定義,然而,在第二階段,多目標(biāo)優(yōu)化解決了問題。</
22、p><p> 從這里介紹建模部分,可以說,它只提出一個(gè)簡短的圓柱齒輪在CATIA的可能性模型軟件。除了建模部分介紹和裝配設(shè)計(jì)模塊,在本文結(jié)束添加CATIA強(qiáng)大的今天可能的最完整的設(shè)計(jì)軟件在工程設(shè)計(jì)中具有廣泛的應(yīng)用范圍。</p><p><b> 參考文獻(xiàn)</b></p><p> [ 1 ] ROSI?B,1993:參數(shù)調(diào)查行星齒輪
23、傳動(dòng)的優(yōu)化傳輸,博士論文,機(jī)械工程學(xué)院,貝爾格萊德大學(xué)</p><p> [ 2 ] Arora J.,1989:優(yōu)化設(shè)計(jì)介紹,麥格勞–希爾圖書公司,紐約</p><p> [ 3 ] ROSI?B,marinkovi?答:行星齒輪傳輸作為一個(gè)tribosystem:效率計(jì)算和仿真,ÖTG詞匯研討會,維也納,十一月2003。</p><p>
24、 [ 4 ]科爾伯恩,J. R.,1987:漸開線的幾何齒輪,施普林格出版社,紐約</p><p> [ 5 ] ROSI?B,B rinkovec,marinkovi?A.,巴甫洛夫?N.:定義分析運(yùn)動(dòng)學(xué)方法內(nèi)部圓柱齒輪,南斯拉夫會議“irmes 2002”,機(jī)械工程學(xué)院srpsko薩拉熱窩,Jahorina–波黑,2002九月,訴訟,第625-630。</p><p>
25、 [ 6 ] ROSI?B:行星輪系,專論,機(jī)械工程學(xué)院,大學(xué)貝爾格萊德,在2003年的編輯。</p><p> [ 7 ] ROSI?B,marinkovi?A,venclА,2004。:圓柱齒輪采用CATIA軟件建模,第四國際會議”radmi 04”,茲拉蒂博爾,塞爾維亞和黑山,八月—九月,2004。錄光盤,pp. 73-77.。</p><p> [ 8 ] ROSI?
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