外文翻译--多级变速箱的优化设计传动部件的建模 中文版

1 附录 多 级 变速箱的优化设计传动部件的建模 教授博士博 伊达尔 ROSI， DR 亚历山大马林科维奇 ,vencl 先生 摘要 : 利用优化设计的齿轮传动，能够确定最佳的齿轮传动参数之间的关系，以及各传输阶段区别。本文提出了齿轮传动的优化和多目标优化程序一一标准程序对于每个传输阶段。本文的第二部分是集中在圆柱齿轮，常用的机械零件，齿轮传动的主要零件。这些模型是用零件装配设计在 CATIA软件模块 v5r11。 在有限元分析模型研究 someapplications 完成了优化 。 关键字： 优化设计，常用的机 械零件，计算机辅助设计，齿轮建模， CATIA 1.简介 从优化与决策理论的概念可以 知道 所有阶段的设计中的重要作用过程。优化设计的理论和应用方法将 展示 出一个多 级 变速箱的例子。变速箱 是 机器的一个重要组成 成 员， 广泛应用于 工程领域，它必须满足非常严格的技术要求 ， 可靠性，效率，精密制造的齿轮，轴承等 。精密 的测试制造齿轮 、轴承等该领域的最新成果技术已应用于制造过程。 计算机技术的发展，与相应的计算机程序 （ AutoCAD， Solid Works， CATIA， 等），有很 多 专家发现在高技术水平的地方减速器设计系统发展很快。因 此，可以说，目前，变速箱的设计不再是一个“日常工作”，大多数情况下，基于设计者的经验和知识。 本文演示应用非线性多目标优化方法，专家以当一个模块在变速箱设计系统为目的建立这样一个强大的方法。简介一些标准，考虑到的理想性能，结合高质量齿轮箱部件模型对一个火车齿轮模型实现一个重要步骤。 2.变速箱分解 变速箱复杂的机械系统可以分解成相应的交互齿轮数。这意味着对于多级变速箱的程序优化也可以通过相应数量进行的阶段。在第一个优化阶段，特点是比较小的变量数，每箱传动比的分配的阶段是在定义的条件该齿轮体积最小。在第 二阶段， 多目标优化问题的求解通过引入更多的标准，表示变速箱的基本性能。因此，必须满足以下几个方面的限制：负荷分布，应力，运动学正确的共轭齿轮。 多级变速箱的目标函数表示该齿轮组的体积，可以写在表格下面的关系 1 ： f(x) = 0.25d13jI(1+uI2)+jIId32/d12jI(1+uII2)+.) (1) 注释： Ul， UII 特定的传动比多级齿轮传动的阶段； D1， D3 直径，主动齿轮； J = B / D1主动的齿轮直径宽度比驱动齿轮的运动学圈。 对目标函数的声明，它也是必 要的从功能限制的角度定义的第一阶段齿轮的表面强度，这可以写在下面的表格： G（ x） =Z (2 K T1)/d13 (U1+1)/U1 SH1/SH (2) 2 而且，从强度角度量： g(x)=K Y (2T1)/( 1 d12 m1) f1/SF (3) 在完全类似的情况下，功能限制从传输阶段的表面的体积力确定了变速箱。 从开始的对变速器传动比的技术要求，它也要确定在功能上的限制方程形式： h1(x)=u-u1 u2 u3 u(n)=0 (4) 根据确定的目标函数和的限制，可以注意到这个问题属于非线性优化领域的不等式形式的限制。为解决这个问题的方案，计算机程序 SUMT 法，基于混合罚函数，已经被应用。图 1显示结果的图形表示计算机程序 SUMT。基于截面相应的功能的域对于多级最佳传动比变速箱是通过以下方式定义： 图 1：轮系总传动比和体积之间的关系 完成此分析分解变速箱，这是增加了一个对的形式的限制不等式，基于应力的限制： -I级齿轮齿应力 -II级齿轮齿应力 基于齿轮应力关系价值的齿轮模块法： -对接触应力 3 对弯曲应 力 图 2显示的图形解释的关系（ 7）和（ 8）的齿数 Z1功能。上两个在图 2线路提出了齿轮模数值并对接触应力和较低的值的齿根应力的测定。线和在图 2中可容空间。表明，接触应力与齿轮模数的关系（ 7）优先，是用于齿轮的尺寸测定。 齿数 Z1 图 2：模数值与齿数图 3.齿轮建模 齿轮在今天是非常重要的机械零件，普遍使用在不同类型的变速箱和传动装置。特别是圆柱形的齿轮是最适用的，具有很高的传动效率和简单的生产。圆柱齿轮建模是非常重要的设计过程，为使齿轮箱实际模型，如齿轮和传 动结构的分析优化。去年，这个过程可以很快速定性使用新的软件工具，如 CATIA。这个软件是很复杂的，但一些主要模块部分的设计和装配设计中采用圆柱齿轮建模。主要问题是任何齿轮建模是定义一个真正的齿之后，将其导入到齿轮体的制备。圆柱形的齿轮建模包括几个阶段，取决于齿轮体及其生产方式：齿轮建模过程的第一阶段是定义渐开线齿轮齿廓。第二阶段，在切割或挤压齿轮箱体，部分是利用 CATIA模块进行设计齿轮机构。第三阶段，只有在焊接方法齿轮本体，是将所有部件使用组件设计模块。所有这些阶段包括多种经营它将分别描述在 4 后续的章节。每 一章的主要内容为一般建模，使用一些具有特殊的操作 CATIA软件在齿轮建模与实例不同的圆柱齿轮建模。 内齿轮齿廓曲线有一节四个不同的线和外部环境分析，明确了齿轮的完整轮廓。所以有渐开线齿廓圆弧，圆弧形脚，齿顶圆弧摆线弧作为连接 4 。在分析运动学方法对轮廓定义是定义一个很大的限制设置和约束方程的参数轮廓圆弧角。经过矩阵变换接触线啮合矩阵参数方程齿轮的齿廓曲线可以确定。基于此解析运动学模型的计算机程序来定义齿轮廓 5 点。 齿轮建模是非常有用的，使现实的齿轮传动的仿真，所以有很多其他的分析。不同的软件工 具在今天使用的机械设计和机械零件的造型，如 ACAD，机械工程师和最后的桌面，亲年工程制图， CATIA等，但可以看出齿轮建模（特别是内齿轮）与真实分布比较复杂的建模所有其他的机械元件。这里将介绍圆柱齿轮建模使用 CATIA的可能性 v5r11 软件。取决于生产方式和齿轮体形式可以使用设计模块或部分 CATIA 软件组件设计。 对于简单的圆柱齿轮设计（平）第一步是定义正确的草图，在渐开线齿形坐标（从第一阶段）应进口。后设计师可以将基于草图的特征（创建垫），把切齿轮模型是在图 3所示。 图 3：圆柱齿轮的简单模型 向前一步是设计一个机齿轮体，可以通过旋转 skatch使建模图，或是生产过程的模拟。在图 4给出了一种齿轮模型也采用 skatch很少基于草图的，打扮和转化特征。介绍了齿轮使用中常见的，他们有一个外部的渐开线齿廓。但在某些情况下，如行星齿轮传动设计，有必要做一个模型内部的异形齿轮。为此，设计师必须计算渐开线齿廓坐标的新表，由使用外部齿轮作为一种工具，使内部轮廓。正确的素描和其他特征，其他圆柱齿轮建模已被使用。 5 图 4：圆柱齿轮模型制造 装配设计是另一个模块设计，这是在完成所有零件和标准已经 在部分或形状建模元素的模块设计。此外，它是可能的插入新的在现有的组件和身体也做布尔操作之间的身体如果它是必要的。这些之间的布尔运算体组装体，相交体，等。 使用装配设计的最佳样本圆柱齿轮的焊接数量的分离元素。这意味着这种类型的齿轮组成以许多元素为蓝本，零件设计的主要部件为渐开线齿形，外板焊接中央筒板和两侧两圈六加强筋（图 5）。 6 图 5：焊接的圆柱齿轮 齿轮建模是非常重要的因为许多应用程序可以做：完成组装后可以做运动学仿真，使用另一个CATIA模块单元。内外齿轮的模型可用于解决很多机械工程的问题，如结构分析 ，相应的齿轮之间接触压力和许多其他分析 8 。一个典型的这可能是以下结构为例采用有限元法进行分析，其中图 6显示了齿轮模型 77633这使得 18965节点四面体。 7 图 7：在有限元网形齿轮模型 应力值（图 7）是在高负荷的齿轮重要的建设性的观点可以在设计和优化过程和程序也非常有用。 图 7：利用应力值加载齿轮模型计算及其结构分析 8 4.结论 本文是一个简短的说明，更广泛的研究与建设强大的多目标优化方法引入变速箱设计专家系统。指出了分解的多级变速箱复杂机械系统的必要性。在此过程中，变速箱优化程序也通过了相应数量的阶段。在这第一次的优化阶段，实际的域应用齿轮箱的定义，然而，在第二阶段，多目标优化解决了问题。 从这里介绍建模部分，可以说，它只提出一个简短的圆柱齿轮在 CATIA的可能性模型软件。除了建模部分介绍和装配设计模块，在本文结束添加 CATIA强大的今天可能的最完整的设计软件在工程设计中具有广泛的应用范围。 9 参考文献 1 ROSIB， 1993：参数调查行星齿轮传动的优化传输，博士论文，机械工程学院，贝尔格莱德大学 2 Arora J.， 1989：优化 设计介绍，麦格劳 希尔图书公司，纽约 3 ROSIB， marinkovi答：行星齿轮传输作为一个 tribosystem：效率计算和仿真， TG 词汇研讨会，维也纳，十一月 2003。 4 科尔伯恩， J. R.， 1987：渐开线的几何齿轮，施普林格出版社，纽约 5 ROSIB， B rinkovec， marinkoviA.，巴甫洛夫 N.：定义分析运动学方法内部圆柱齿轮，南斯拉夫会议“ irmes 2002”，机械工程学院 srpsko萨拉热窝， Jahorina 波黑， 2002九月，诉讼，第 625-630。 6 ROSIB：行星轮系，专论，机械工程学院，大学贝尔格莱德，在 2003年的编辑。 7 ROSIB， marinkoviA，