基于GA的双圆弧齿轮啮合特性及应力的有限元分析

【摘要】： 齿轮传动是现代各类机械传动中应用最广的一种基本传动形式,齿轮传动是靠主动轮的齿轮依次推压从动轮的齿轮以实现传递动力和运动,齿轮传动技术成为机械工程技术的重要组成部分,在一定程度上标志着机械工程技术的水平。由于齿轮传动在机械行业甚至是整个国民经济中的地位和作用,齿轮传动被公认为工业和工业化的象征。随着生产的发展,齿轮传动得到了广泛的应用,而双圆弧齿轮传动又具有渐开线齿轮传动无法比拟的特点,使其在齿轮传动中得到了广泛的应用。双圆弧齿轮的齿形参数对齿轮传动的动态性能产生重要的影响,由于双圆弧齿轮的轮齿是一个空间螺旋体,形状十分复杂,因而利用先进的设计计算方法和计算机技术对双圆弧齿轮的齿形参数研究具有特别重要的意义。 本文主要研究了双圆弧齿轮的齿面生成、齿面的几何特点、齿面的啮合特性、双圆弧齿轮的优化设计、双圆弧齿轮传动的轮齿弯曲应力和接触应力。 在通过对处于啮合状态的双圆弧齿轮齿面生成的研究中,推导了双圆弧齿轮的齿面方程,传动的接触迹线和啮合线,齿面齿廓方程,研究了其啮合特性。在此基础上得到了分阶式双圆弧齿轮齿廓的基本参数及其基本齿廓形状,并对齿廓参数的选择有了一定的了解。 在对双圆弧齿轮有了基本理解的基础上,根据GB12759-91的齿型基准,采用先进的设计方法(遗传算法GA)对双圆弧齿轮进行了优化设计,从而建立了一种寻求双圆弧齿轮参数优化数学模型的方法,并得到了其优化设计的结果。根据所得到的优化设计参数,采用三维设计软件(PRO/E)进行实体建模,将得到的实体模型导入到有限元分析软件ANSYS中,进而利用有限元分析软件(ANSYS)对双圆弧齿轮的弯曲应力和接触应力进行分析,通过对分析结果的对比,进一步加深了对双圆弧齿轮传动啮合特性的理解,同时也验证了遗传算法在双圆弧齿轮设计中的可行性。