外文翻译--多速变速箱的优化设计传动部件的建模

共 50 页 第 1 页 共 50 页 第 2 页 共 50 页 第 3 页 共 50 页 第 4 页 共 50 页 第 5 页 附录 2： 多速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设计领域能够确定最佳的完整的齿轮传动的参数之间的关系，以及各传输阶段分别。这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，常用的建模机械零件，齿轮传动的主要零件。这些模型是用零件和装配的设计在 CATIA 软件模块 v5r11。在有限元分析模型研究 someapplications 结束优化了 关键 字： 多级变速箱的优化设计，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播放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被示出一个多速变速箱的例子。变速箱的一个重要组机器的成员，这是利用了大量工程领域，它必须满足非常 严格的技术要求的可靠性， 效率，精密制造的齿轮，轴承，等此外，在该领域的最新成果技术和严谨的测试制造齿轮，轴承，等，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），有很他们很快发现 在专家 发展 的地方在高技术水平的减速器设计系统。因此， 它可以自由地说，目前，变速箱的设计不再是一个 日常工作 ，这在大多数情况下，基于设计者的经验和知识。 本文演示的应用非线性多目标优化方法，以目的建立这样一个强大的方法，当一个模块在变速箱设计专家系统。简介 一些标准考虑到理想的性能， 结合高质量齿轮箱部件模型是对现实的一个重要步骤一个齿轮火车模型。 2 变速箱分解 变速箱表示复杂的机械系统可以分解成相应的与相应的交互齿轮数。这 意味着对于多级变速箱的程序优化也可以通过进行相应数量的阶段。在第一个 优化阶段，特点是比较小的变 量数，传动比的分配每箱的阶段是在定义的条件 该齿轮体积最小集。在第二阶段，多目标优化问题的求解通过引入更多的 标准 表示的基本的变速箱性能。从而，必须满足的限制以下几个方面：负荷分布，应力，运动学正确的共轭齿轮的行动。 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 ： 共 50 页 第 6 页 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直径的司 机，运动学界 齿轮； J = B / D1 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，它也是必要的从的角度定义的 功能限制 第一阶段为齿轮的表面强度，这可以写在下面的表格： G（ x） =Z (2 K T1)/d13 (U1+1)/U1 SH1/SH (2) 而且，从强度角度 量 ： g(x)=K Y (2T1)/( 1 d12 m1) f1/SF (3) 在完全类似的方式，功能限制 从表面的 立场其他的传输阶段的体积力确定了变速箱。 从开始的技术要求对 变速器传动比，它也要确定在功能上的限制该方程形式： 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 不等式的形式的限制。为解决方案这个问题，计算机程序 SUMT 法，基于混合罚函数，已经被应用。图 1 显示的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： 共 50 页 第 7 页 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 共 50 页 第 8 页 -齿 罗斯应力 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对齿根应力的测定。线和在图 2中可容空间。表明，接触应力齿轮模块的关系（ 7）优先，是用于齿轮的尺寸测定。 齿数 Z1 图。 2：模块值达齿数 图 3。齿轮建模 在 今天是非常重要的机械零件，齿轮他们是普遍使用的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效率和不复杂的生产。 共 50 页 第 9 页 建模圆柱齿轮在机非常重要的过程设计，为使齿轮箱实际模型，如齿轮和传动结构的分析优化。去年的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。主要问题任何齿轮建模是定义一个真正的齿和之后，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和真正的渐开线齿轮齿廓。 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，是使用组件设计模块将所有部件。 所有这些阶段包括多种经营它将分别描述在后续的章节。每一章的主要事实的一般建模，具有使用一些特殊的操作 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和重要，使真正的齿轮传动的仿真，所以很多其他的分析。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（特别是内部齿轮）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。取决于生产方式和形式齿轮体可以使用 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。 共 50 页 第 10 页 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，设计师必须渐开线齿廓坐标计算的新表，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，其他后圆柱齿轮建模已被使用。 共 50 页 第 11 页 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目标完成所有零件和标准已经在部分或形状建模元素模块设计。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许多元素为蓝本，在零件设计。的主要部件为渐开线齿形，外板焊接中央筒板和两圈六加强筋的两侧（图 5）。 共 50 页 第 12 页 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问题在机械工程，如结构分析，接触压力相应的齿轮之间还热和许多其他分析 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。 共 50 页 第 13 页 图 6：在有限元网形 齿轮模型 应力值（图 7）是重要的在高负荷的齿轮是建设性的观点可以在设计和优化也非常有用过程和程序。 图 7： 应力值 加载齿轮模型计算 及其利用 结构分析 共 50 页 第 14 页 4.结论 本文是一个 简短的说明一个更广泛的研究与建设的目的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的必要性复杂机械系统。在路上，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，多目标优化问题解决了。 从这里恢复本建模部分点，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。 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 RO