[發明專利]一種基于精準約束條件的圓柱齒輪傳動優化設計方法及CAD優化設計系統

有效

• 申請號: 201410632924.3
• 申請日: 2014-11-11
• 公開（公告）號: CN104408239A
• 公開（公告）日: 2015-03-11
• 發明（設計）人: 江守波;曾慶良;李學藝;江守雷;蘇超;逯振國;崔晶
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;F16H55/17
• 代理公司: 濟南舜源專利事務所有限公司 37205
• 代理人: 陳海濱

技術領域

本發明涉及一種優化設計方法及一種CAD優化設計系統領域；尤其是一種基于精確約束條件的圓柱齒輪傳動優化設計方法及CAD優化設計系統。

背景技術

作為各種傳動系統的核心部件，圓柱齒輪傳動在工程機械領域中的用途十分廣泛。圓柱齒輪傳動在設計過程中，為保證必要的強度和足夠高的安全系數，通常會造成齒數、模數、齒寬等參數的冗余，這使得按照傳統方法設計出來的齒輪，體積和重量都比較大。因此，有必要對齒輪進行結構優化設計。但齒輪優化問題涉及到齒輪的強度約束條件的計算，在精確計算齒輪強度所需要的各關鍵系數時，需要根據國標查取大量的圖表、曲線，導致計算的工作量非常大，因此現有方法在進行齒輪優化問題時，均將強度約束條件中的關鍵系數作為常量處理，或進行一定程度的簡化和近似，導致了優化結果不徹底和不準確。

發明內容

本發明的目的就是根據現有圓柱齒輪轉動優化設計不徹底和不準確的不足，提出了一種基于精確約束條件的圓柱齒輪傳動優化設計方法及CAD優化設計系統，可根據給定的工況條件以及不同的初始設計參數，在每次優化迭代的過程中，實時、精確地計算齒輪齒面接觸強度和齒根彎曲強度中的各關鍵系數，并重新精確構造約束條件，以便進行下一次迭代。從而在優化迭代完成后，得到優化更加徹底的圓柱齒輪傳動優化設計參數。

本發明采用如下技術方案：

一種基于精確約束條件的圓柱齒輪傳動優化設計方法，包括：

步驟1：原始參數輸入，根據工況要求，輸入圓柱齒輪副的齒形參數、工況參數及材料參數，其中齒形參數包括齒數、模數、齒寬、壓力角、螺旋角、齒頂高系數、頂隙系數；工況參數包括輸入轉矩、輸入功率、使用系數等；材料參數包括彈性模量、泊松比、密度、接觸疲勞極限、彎曲疲勞極限；

步驟2：計算配置保存步驟，對步驟1中輸入的參數，按照齒形參數、工況參數、材料參數的類別分別保存至參數文件，以供后續步驟調用；

步驟3：關鍵系數計算，讀取步驟2中的參數文件，計算并更新齒面接觸強度約束條件和齒根彎曲強度約束條件中所需要的關鍵系數，這些系數包括修正載荷系數、修正計算應力系數、修正許用應力系數；

步驟4：重新構造齒面接觸強度約束條件，使用步驟3中計算的關鍵系數，生成齒面接觸強度配置文件，重新構造齒面接觸強度約束條件；生成齒根彎曲強度配置文件，重新構造齒根彎曲強度約束條件；

步驟5：優化迭代循環，生成新的優化結果。如果達到收斂條件，則迭代終止，生成最終的圓柱齒輪傳動優化設計方案；如果沒有達到收斂條件，則重復執行上述步驟中的步驟3、步驟4及優化迭代步驟，直到達到收斂條件，迭代終止。

一種基于精確約束條件的圓柱齒輪傳動CAD優化設計系統，基于Visual?C++2005和MATLAB開發，包括原始參數輸入模塊、計算配置保存模塊、關鍵系數計算模塊、齒面接觸強度約束條件重構模塊、齒根彎曲強度約束條件重構模塊、優化迭代模塊，所述原始參數輸入模塊的輸出作為計算配置保存模塊的輸入，所述計算配置保存模塊的輸出作為關鍵系數計算模塊的輸入，所述關鍵系數計算模塊的輸出作為齒面接觸強度約束條件重構模塊與齒根彎曲強度約束條件重構模塊的輸入，齒面接觸強度約束條件重構模塊與齒根彎曲強度約束條件重構模塊的輸出作為優化迭代模塊的輸入。

優選地，所述原始參數輸入模塊，用于設計人員根據工況要求，輸入圓柱齒輪副的齒形參數、工況參數及材料參數，其中齒形參數包括齒數、模數、齒寬、壓力角、螺旋角、齒頂高系數、頂隙系數；工況參數包括輸入轉矩、輸入功率、使用系數；材料參數包括彈性模量、泊松比、密度、接觸疲勞極限、彎曲疲勞極限。

優選地，所述計算配置保存模塊，對參數輸入模塊中的各類參數進行保存，以供后續步驟調用。

優選地，所述關鍵系數計算模塊，用于調用計算配置保存模塊中保存的參數文件，計算并更新涉及齒面接觸強度約束條件和齒根彎曲強度約束條件中的修正載荷系數、修正計算應力系數、修正許用應力系數。

優選地，所述齒面接觸強度約束條件重構模塊，用于調用關鍵系數計算模塊中計算的關鍵系數，生成齒面接觸強度配置文件，重新構造齒面接觸強度約束條件。

優選地，所述齒根彎曲強度約束條件重構模塊，用于調用關鍵系數計算模塊中計算的關鍵系數，生成齒根彎曲強度配置文件，重新構造齒根彎曲強度約束條件。