附錄多級變速箱的優(yōu)化設計傳動部件的建模教授博士博 ? 伊達爾 ROSI?，DR 亞歷山大馬林科維奇,vencl 先生摘要: 利用優(yōu)化設計的齒輪傳動，能夠確定最佳的齒輪傳動參數(shù)之間的關系，以及各傳輸階段區(qū)別。本文提出了齒輪傳動的優(yōu)化和多目標優(yōu)化程序一一標準程序?qū)τ诿總€傳輸階段。本文的第二部分是集中在圓柱齒輪，常用的機械零件，齒輪傳動的主要零件。這些模型是用零件裝配設計在 CATIA 軟件模塊 v5r11。在有限元分析模型研究 someapplications完成了優(yōu)化。關鍵字：優(yōu)化設計，常用的機械零件，計算機輔助設計，齒輪建模，CATIA1.簡介從優(yōu)化與決策理論的概念可以知道所有階段的設計中的重要作用過程。優(yōu)化設計的理論和應用方法將展示出一個多級變速箱的例子。變速箱是機器的一個重要組成成員，廣泛應用于工程領域，它必須滿足非常嚴格的技術要求，可靠性，效率，精密制造的齒輪，軸承等。精密的測試制造齒輪、軸承等該領域的最新成果技術已應用于制造過程。計算機技術的發(fā)展，與相應的計算機程序（AutoCAD，Solid Works，CATIA，等） ，有很多專家發(fā)現(xiàn)在高技術水平的地方減速器設計系統(tǒng)發(fā)展很快。因此，可以說，目前，變速箱的設計不再是一個“日常工作” ，大多數(shù)情況下，基于設計者的經(jīng)驗和知識。本文演示應用非線性多目標優(yōu)化方法，專家以當一個模塊在變速箱設計系統(tǒng)為目的建立這樣一個強大的方法。簡介一些標準，考慮到的理想性能，結合高質(zhì)量齒輪箱部件模型對一個火車齒輪模型實現(xiàn)一個重要步驟。2.變速箱分解變速箱復雜的機械系統(tǒng)可以分解成相應的交互齒輪數(shù)。這意味著對于多級變速箱的程序優(yōu)化也可以通過相應數(shù)量進行的階段。在第一個優(yōu)化階段，特點是比較小的變量數(shù)，每箱傳動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，多目標優(yōu)化問題的求解通過引入更多的標準，表示變速箱的基本性能。因此，必須滿足以下幾個方面的限制：負荷分布，應力，運動學正確的共軛齒輪。多級變速箱的目標函數(shù)表示該齒輪組的體積，可以寫在表格下面的關系[ 1 ]：f(x) = 0.25πd13jI((1+uI2)+jIId32/d12jI(1+uII2)+.) (1)注釋：Ul，UII–特定的傳動比多級齒輪傳動的階段；D1，D3–直徑，主動齒輪；J = B / D1 主動的齒輪直徑寬度比驅(qū)動齒輪的運動學圈。對目標函數(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度，這可以寫在下面的表格：G（x）=Z ·[(2·K·T1)/d13] ·(U1+1)/U1≤[SH]1/SH (2)而且，從強度角度量：g``(x)=K·Y·(2T1)/(Ψ1·d1 2·m1) ≤[Φf]1/SF (3)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。從開始的對變速器傳動比的技術要求，它也要確定在功能上的限制方程形式：h1(x)=u-u1·u2·u3·…·u(n)=0 (4)根據(jù)確定的目標函數(shù)和的限制，可以注意到這個問題屬于非線性優(yōu)化領域的不等式形式的限制。為解決這個問題的方案，計算機程序 SUMT 法，基于混合罰函數(shù)，已經(jīng)被應用。圖 1 顯示結果的圖形表示計算機程序 SUMT?；诮孛嫦鄳墓δ艿挠?qū)τ诙嗉壸罴褌鲃颖茸兯傧涫峭ㄟ^以下方式定義：圖 1：輪系總傳動比和體積之間的關系完成此分析分解變速箱，這是增加了一個對的形式的限制不等式，基于應力的限制：-I 級齒輪齒應力-II 級齒輪齒應力基于齒輪應力關系價值的齒輪模塊法：--對接觸應力對彎曲應力圖 2 顯示的圖形解釋的關系（7）和（8）的齒數(shù) Z1 功能。上兩個在圖 2 線路提出了齒輪模數(shù)值并對接觸應力和較低的值的齒根應力的測定。線和在圖 2 中可容空間。表明，接觸應力與齒輪模數(shù)的關系（7）優(yōu)先，是用于齒輪的尺寸測定。齒數(shù) Z1圖 2：模數(shù)值與齒數(shù)圖3.齒輪建模齒輪在今天是非常重要的機械零件，普遍使用在不同類型的變速箱和傳動裝置。特別是圓柱形的齒輪是最適用的，具有很高的傳動效率和簡單的生產(chǎn)。圓柱齒輪建模是非常重要的設計過程，為使齒輪箱實際模型，如齒輪和傳動結構的分析優(yōu)化。去年，這個過程可以很快速定性使用新的軟件工具，如 CATIA。這個軟件是很復雜的，但一些主要模塊部分的設計和裝配設計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真正的齒之后，將其導入到齒輪體的制備。圓柱形的齒輪建模包括幾個階段，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 模塊進行設計齒輪機構。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計模塊。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例不同的圓柱齒輪建模。內(nèi)齒輪齒廓曲線有一節(jié)四個不同的線和外部環(huán)境分析，明確了齒輪的完整輪廓。所以有漸開線齒廓圓弧，圓弧形腳，齒頂圓弧擺線弧作為連接[ 4 ]。在分析運動學方法對輪廓定義是定義一個很大的限制設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\動學模型的計算機程序來定義齒輪廓[ 5 ]點。齒輪建模是非常有用的，使現(xiàn)實的齒輪傳動的仿真，所以有很多其他的分析。不同的軟件工具在今天使用的機械設計和機械零件的造型，如 ACAD，機械工程師和最后的桌面，親年工程制圖，CATIA 等，但可以看出齒輪建模（特別是內(nèi)齒輪）與真實分布比較復雜的建模所有其他的機械元件。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計模塊或部分 CATIA 軟件組件設計。對于簡單的圓柱齒輪設計（平）第一步是定義正確的草圖，在漸開線齒形坐標（從第一階段）應進口。后設計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。圖 3：圓柱齒輪的簡單模型向前一步是設計一個機齒輪體，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，他們有一個外部的漸開線齒廓。但在某些情況下，如行星齒輪傳動設計，有必要做一個模型內(nèi)部的異形齒輪。為此，設計師必須計算漸開線齒廓坐標的新表，由使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。圖 4：圓柱齒輪模型制造裝配設計是另一個模塊設計，這是在完成所有零件和標準已經(jīng)在部分或形狀建模元素的模塊設計。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。這些之間的布爾運算體組裝體，相交體，等。使用裝配設計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本，零件設計的主要部件為漸開線齒形，外板焊接中央筒板和兩側(cè)兩圈六加強筋（圖 5） 。圖 5：焊接的圓柱齒輪齒輪建模是非常重要的因為許多應用程序可以做：完成組裝后可以做運動學仿真，使用另一個 CATIA 模塊單元。內(nèi)外齒輪的模型可用于解決很多機械工程的問題，如結構分析，相應的齒輪之間接觸壓力和許多其他分析[ 8 ]。一個典型的這可能是以下結構為例采用有限元法進行分析，其中圖 6 顯示了齒輪模型 77633 這使得 18965 節(jié)點四面體。圖 7：在有限元網(wǎng)形齒輪模型應力值（圖 7）是在高負荷的齒輪重要的建設性的觀點可以在設計和優(yōu)化過程和程序也非常有用。圖 7：利用應力值加載齒輪模型計算及其結構分析4.結論本文是一個簡短的說明，更廣泛的研究與建設強大的多目標優(yōu)化方法引入變速箱設計專家系統(tǒng)。指出了分解的多級變速箱復雜機械系統(tǒng)的必要性。在此過程中，變速箱優(yōu)化程序也通過了相應數(shù)量的階段。在這第一次的優(yōu)化階段，實際的域應用齒輪箱的定義，然而，在第二階段，多目標優(yōu)化解決了問題。從這里介紹建模部分，可以說，它只提出一個簡短的圓柱齒輪在 CATIA 的可能性模型軟件。除了建模部分介紹和裝配設計模塊，在本文結束添加 CATIA 強大的今天可能的最完整的設計軟件在工程設計中具有廣泛的應用范圍。