【论文】现代设计方法在齿轮设计中的应用.pdfVIP

现代设计方法在齿轮设计中的应用 应用科学 张朝晖 (张家 口卷烟厂有限责任公司 河北张家 口 075000) 摘【 要】对研究齿轮所涉及的可靠性工程、CAD／CAE技术、模态分析、优化算法等现代设计方法做 了比较深入的分析，概述 了现代设计方法在齿轮设 计中的具体应用情况。 [关键词] 齿轮 现代设计方法 应用 引言 到可靠度指标。由于该法假设各个变量均为相互独立的正态随机变量，且 齿轮传动是最常用的机械传动，，泛应用于机械、电子、纺织、冶金、采 只取级数的线性项，故与实际偏差较大。为此，人们又改进了这种方法，得 矿、汽车和航空航天等领域 。因此提高齿轮传动的设计质量和速度无疑是 到设计验算点法、等效正态分布法、拉格朗日乘子法等 [3]。近年来，随着模 很有意义的。下面介绍 目前齿轮传动设计中常用的现代设计方法 。 糊数学和有限元技术的发展，出现了模糊可靠度设计和基于可靠度的有限 1．C^D／眦 技术 元计算等新的方法，并且可靠度本身的计算也 由半经验半概率法，近似概 CAD是利用计算机系统在工程和产品设计的各个阶段为设计人员提 率法发展到了更为精确的全概率法 。 供各种快速、有效的工具和手段，加快和优化设计过程及设计结果，以达到 3．模态分析 最佳设计需要的一种技术。将 CAD技术应用l机械产品的设计，不但可 以 模态分析是对工程结构进行振动分析研究的最先进 的现代化方法与 缩短设计周期，还可以提高设计的精确度和叮靠性，从而可以实现设计过 手段之一。它可以定义为对结构动态特性的解析分析 (有限元分析)和实验 程的最佳化和 自动化。其发展呈开放、集成及智能的趋势。 分析 (实验模态分析)，其结构动态特性用模态参数来表征。在数学上，模态 目前常用的三维 CAD造型软件有 Pro／E，UG，MDT ，Solid Works ， 参数是力学系统运动微分方程的特征值和特征向量；而在实验方面，则是 AutoCAD等。Pro／E是一种 CAD／CAE／CAM一一体化的软件系统，具有强大的实 测得的系统的极点 (固有频率和阻尼)和振型 (模态向量)。 体造型和表面造型功能，可以构造非常复杂的模型。产生的模型可 以形成 模态分析技术的特点与优点是在对系统做动力学分析时，用模态坐标 装配体，并能生成制造该模型零件 的模具。无论零件模型、装配体模型还是 代替物理学坐标，从而可大大压缩系统分析的自由度数 目，分析精度较高。 模具模型，都可 以转化为二维工程 图。它采用单一的数据库，在任何阶段进 对于大型复杂的系统，比如汽车，可以采用子结构分析方法。它是把复杂的 行修改，各个阶段的相应数据都会 自动修改。 大型结构划分为各子结构，分别对子结构进行有限元分析或实验模态分 CAE方法 中的有限元技术是计算数学、计算力学和计算工程科学领域 析，取得子结构的动力模型及其特性参数，再将子结构按照一定方法综合 里诞生的最有效的计算方法。有限元方法形态丰富，理论基础完善，且已经 成一整体进行分析，是一种有效缩减 自由度的方法 。 开发出一批通用有限元程序，使用这些软件可以成功解决工程领域众多的 齿轮的振动特性不但直接影响着其本身的强度，而且也对设备有着至 大型科学和计算难题，有限元计算结果已成为各类工业产品设计和性能分 关重要的影响。因此，对齿轮进行模态分析，掌握和改善其振动特性，是设 析的可靠依据。许多有限元分析程序将有限元分析、计算机图形学与优化 计中的重要方面 。 技术结合起来，形成完整的计算机辅助分析系统，可以显著提高产品设计 4．优化算法 性能，缩短设计周期，增强产品的竞争力。 现代优化算法包括神经网络、禁