基于MATLAB的齿轮参数优化设计及其有限元分析
发布时间：2021-06-29 17:32
本课题基于MATLAB提供的优化模块对深圳某电机有限公司设计生产的汽车自动座椅调节减速系统进行参数优化设计,利用ANSYS软件对优化后的齿轮应力进行分析对比,再通过寿命模拟测试来验证优化设计后的齿轮系统的可靠性。首先对机械优化设计理论进行了较为系统的阐述,介绍了机械优化设计的基本概念、优化流程,齿轮参数设计软件KISSSOFT的齿轮参数设计及准确齿廓的输出,将其导入到三维设计软件SOLIDWORKS。然后针对现在设计和生产的座椅调节器齿轮系统存在的问题,在不改变动力系统（电机）性能的基础上,综合优化理论及齿轮传动原理及齿轮传动动力学,利用三维设计软件SOLIDWORKS和齿轮设计软件KISSSOFT及MATLAB对齿轮参数及结构进行优化。利用MATLAB的优化工具箱,以齿轮体积为优化的分目标函数,对齿轮尺寸参数的优化,将优化后的参数输入齿轮设计软件KISSSOFT中,从中输出正确的三维齿廓,利用三维软件SOLIDWORKS对齿轮建模,然后导入有限元分析软件ANSYS中,对其进行静态应力分析,对齿轮系统优化前后进行应力比较。对自动座椅调节器减速系统的优化结果表明,通过KISSSOFT齿轮...
【文章来源】：江西理工大学江西省
【文章页数】：59 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
失效齿廓
2 图 1.2 汽车座椅图1.2 选题的背景优化设计用英语表示就是 optimization design，从多个设计方案中选取一个最理想的设计方法。它基于数学当中的最优化理论，以计算机作为辅助设计手段，根据设计目标来建立目标函数，各种约束条件下能够得到满足的条件下，选取一个最好的设计方案。在第二次世界大战期间，优化技术首次被应用在军事上。1967 年，第一篇最优化的论文是美国的R.L.福克斯等发表的。1970 年，C.S.贝特勒等对液体动压轴承的优化设计问题采用几何规划技术解决了后，优化设计广泛应用于机械设计中，并得到迅速地发展。
关于齿轮体最优结构尺寸的选择；关于齿轮传动装置传动参数的最优化设计；在满足强度要求等约束条件下单位功率质量或体积最小的变速器的最优化设计；以总中心距最小和以转动惯量最小作为目标的多级齿轮传动系统的最优化设计；齿轮副及其传动系统的动态性能的最优化设计（动载荷和噪音最小化的研究，惯性质量的最优化分配及弹性参数的最优选择）等。即包括了对齿轮及其传动系统的结构尺寸和质量，齿轮几何参数和齿廓形状，传动参数等运动学问题，振动、噪音等动力学问题的最优化。3.1 优化设计的必要性在优化之前，采用传统的设计方法，将它设计成第一级为金属蜗杆与塑料斜齿轮啮合，第二级为粉末冶金小齿轮与塑料输出齿轮啮合。此设计的优点，金属蜗杆与塑料齿轮啮合，塑料齿轮加工经济性好、传动平稳、吸振降噪，自润滑性好。第二级小齿轮采用粉末冶金材料，提高小齿轮的疲劳强度，因为在传统设计中，小齿轮设计采用正变位，以及采用粉末冶金材料，有意提高其疲劳强度（小齿轮的啮合次数高于相啮合的大齿轮）。但这个设计仍然存在缺点，小齿轮采用大的正变位，必然造成小齿轮的齿顶变尖，齿顶圆倒角很小，如果与塑料齿轮啮合时，必然造成塑料齿轮的面刮伤，很多次循环运转后，塑料齿轮疲劳磨损严重，当磨损到一定范围时，塑料齿轮齿厚变薄，强度降低，直至塑料齿轮断裂。失效齿如图 3.1。图
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于MATLAB的蜗轮蜗杆减速传动的优化设计[J]. 胡少刚,姜雷. 常州工学院学报. 2010(01)
[2]基于ANSYS的渐开线直齿圆柱齿轮有限元分析及改进方法[J]. 王亮,王展旭,杨眉. 现代制造工程. 2008(04)
[3]基于ANSYS的三环减速器有限元分析[J]. 张雪雁,蔡玉强,孟宪举. 煤矿机械. 2008(04)
[4]塑料蜗轮传动啮合性能有限元分析[J]. 焦文瑞,孔庆华. 塑料工业. 2007(07)
[5]QY25起重机行星变速箱优化设计[J]. 王隶梓,刘玉杰,杨达毅,孙雅萍. 长春工程学院学报(自然科学版). 2007(01)
[6]基于MATLAB的斜齿轮传动多目标优化设计[J]. 蒋春明,阮米庆. 传动技术. 2006(04)
[7]基于MATLAB的齿轮减速器优化设计[J]. 苗君明,佟刚. 沈阳航空工业学院学报. 2005(05)
[8]基于ANSYS的齿轮参数化建模及其应用[J]. 包家汉,张玉华,薛家国. 安徽工业大学学报(自然科学版). 2005(01)
[9]渐开线直齿圆柱齿轮有限元仿真分析[J]. 刘道玉,迟毅林,徐兆红,张春卿. 陕西工学院学报. 2004(03)
[10]基于ANSYS的渐开线直齿圆柱齿轮有限元分析[J]. 叶友东. 煤矿机械. 2004(06)
硕士论文
[1]汽车主减速器螺旋锥齿轮参数化建模与有限元分析[D]. 胡磊.武汉理工大学 2008
本文编号：3256854
【文章来源】：江西理工大学江西省
【文章页数】：59 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
失效齿廓
2 图 1.2 汽车座椅图1.2 选题的背景优化设计用英语表示就是 optimization design，从多个设计方案中选取一个最理想的设计方法。它基于数学当中的最优化理论，以计算机作为辅助设计手段，根据设计目标来建立目标函数，各种约束条件下能够得到满足的条件下，选取一个最好的设计方案。在第二次世界大战期间，优化技术首次被应用在军事上。1967 年，第一篇最优化的论文是美国的R.L.福克斯等发表的。1970 年，C.S.贝特勒等对液体动压轴承的优化设计问题采用几何规划技术解决了后，优化设计广泛应用于机械设计中，并得到迅速地发展。
关于齿轮体最优结构尺寸的选择；关于齿轮传动装置传动参数的最优化设计；在满足强度要求等约束条件下单位功率质量或体积最小的变速器的最优化设计；以总中心距最小和以转动惯量最小作为目标的多级齿轮传动系统的最优化设计；齿轮副及其传动系统的动态性能的最优化设计（动载荷和噪音最小化的研究，惯性质量的最优化分配及弹性参数的最优选择）等。即包括了对齿轮及其传动系统的结构尺寸和质量，齿轮几何参数和齿廓形状，传动参数等运动学问题，振动、噪音等动力学问题的最优化。3.1 优化设计的必要性在优化之前，采用传统的设计方法，将它设计成第一级为金属蜗杆与塑料斜齿轮啮合，第二级为粉末冶金小齿轮与塑料输出齿轮啮合。此设计的优点，金属蜗杆与塑料齿轮啮合，塑料齿轮加工经济性好、传动平稳、吸振降噪，自润滑性好。第二级小齿轮采用粉末冶金材料，提高小齿轮的疲劳强度，因为在传统设计中，小齿轮设计采用正变位，以及采用粉末冶金材料，有意提高其疲劳强度（小齿轮的啮合次数高于相啮合的大齿轮）。但这个设计仍然存在缺点，小齿轮采用大的正变位，必然造成小齿轮的齿顶变尖，齿顶圆倒角很小，如果与塑料齿轮啮合时，必然造成塑料齿轮的面刮伤，很多次循环运转后，塑料齿轮疲劳磨损严重，当磨损到一定范围时，塑料齿轮齿厚变薄，强度降低，直至塑料齿轮断裂。失效齿如图 3.1。图
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于MATLAB的蜗轮蜗杆减速传动的优化设计[J]. 胡少刚,姜雷. 常州工学院学报. 2010(01)
[2]基于ANSYS的渐开线直齿圆柱齿轮有限元分析及改进方法[J]. 王亮,王展旭,杨眉. 现代制造工程. 2008(04)
[3]基于ANSYS的三环减速器有限元分析[J]. 张雪雁,蔡玉强,孟宪举. 煤矿机械. 2008(04)
[4]塑料蜗轮传动啮合性能有限元分析[J]. 焦文瑞,孔庆华. 塑料工业. 2007(07)
[5]QY25起重机行星变速箱优化设计[J]. 王隶梓,刘玉杰,杨达毅,孙雅萍. 长春工程学院学报(自然科学版). 2007(01)
[6]基于MATLAB的斜齿轮传动多目标优化设计[J]. 蒋春明,阮米庆. 传动技术. 2006(04)
[7]基于MATLAB的齿轮减速器优化设计[J]. 苗君明,佟刚. 沈阳航空工业学院学报. 2005(05)
[8]基于ANSYS的齿轮参数化建模及其应用[J]. 包家汉,张玉华,薛家国. 安徽工业大学学报(自然科学版). 2005(01)
[9]渐开线直齿圆柱齿轮有限元仿真分析[J]. 刘道玉,迟毅林,徐兆红,张春卿. 陕西工学院学报. 2004(03)
[10]基于ANSYS的渐开线直齿圆柱齿轮有限元分析[J]. 叶友东. 煤矿机械. 2004(06)
硕士论文
[1]汽车主减速器螺旋锥齿轮参数化建模与有限元分析[D]. 胡磊.武汉理工大学 2008
本文编号：3256854
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