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在現(xiàn)代齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)、應(yīng)用中，對(duì)于設(shè)計(jì)中齒輪或應(yīng)用中齒輪，利用其可變參數(shù)進(jìn)一步進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化和有限元分析法精確分析，快速提出齒輪設(shè)計(jì)水平的檢驗(yàn)、評(píng)估報(bào)告或現(xiàn)場(chǎng)齒輪傳動(dòng)的技術(shù)改造方案，是現(xiàn)代齒輪設(shè)計(jì)、制造業(yè)普遍關(guān)心和重視的問(wèn)題之一。為探索與構(gòu)建能在和新型軟件環(huán)境中進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化和有限元分析的快速檢驗(yàn)、評(píng)估系統(tǒng)，在原有斜齒輪傳動(dòng)裝置實(shí)際中心距、傳動(dòng)比、模數(shù)、齒數(shù)、材質(zhì)等已確定的情況下，利用其齒寬系數(shù)、變位系數(shù)、螺旋角等可調(diào)余量進(jìn)行了斜齒輪雙對(duì)齒或多對(duì)齒嚙合的參數(shù)優(yōu)化。進(jìn)一步改善了原有嚙合條件，降低了齒面接觸與齒根彎曲最大應(yīng)力。
圖所示為有限元分析與優(yōu)化系統(tǒng)框圖。系統(tǒng)由多個(gè)程序模塊組成，分別有以下功能：
1 對(duì)傳統(tǒng)方法設(shè)計(jì)、校核的直齒輪或斜齒輪進(jìn)行單齒對(duì)和雙齒對(duì)嚙合區(qū)的計(jì)算、劃分和三維參數(shù)化分析模型的建立；
2 確定有限元網(wǎng)格密度，計(jì)算法截線單位分布載荷，設(shè)定邊界條件，指定有限元分析子程序進(jìn)行各嚙合齒區(qū)最大應(yīng)力值分析；
3 定義目標(biāo)函數(shù)，提取相關(guān)的獨(dú)立變量，指定優(yōu)化子程序進(jìn)行圓柱齒輪參數(shù)優(yōu)化；按主程序指令連接子程序窗口；
4 判斷、分析圓柱齒輪設(shè)計(jì)變量、可變動(dòng)因素和承載能力變化趨向。判斷、分析優(yōu)化程度，確定是否提出進(jìn)一步優(yōu)化指令；
5 輸出有限元分析、參數(shù)優(yōu)化結(jié)果。
為了準(zhǔn)確、快速地比較和篩選齒面接觸與齒根彎曲最大應(yīng)力，應(yīng)先計(jì)算、劃分齒輪單齒對(duì)和雙齒對(duì)嚙合區(qū)域。
圖為輸入原斜齒輪參數(shù)后，自動(dòng)生成的斜齒輪全齒三維參數(shù)化模型。為輸入原斜齒輪參數(shù)后，自動(dòng)生成的有限單元體動(dòng)態(tài)分析模型。設(shè)置原斜齒輪輪齒有限單元體。
表給出原斜齒輪不同嚙合齒區(qū)有限元分析的最大應(yīng)力值。由于前期已輸入箱體結(jié)構(gòu)空間尺寸、齒輪變位系數(shù)、螺旋角等參數(shù)和各參數(shù)的可調(diào)整余量。所以，系統(tǒng)判斷程序模塊將以人機(jī)會(huì)話形式，對(duì)原斜齒輪重合較小、單齒對(duì)區(qū)較寬、小齒輪少量根切2等影響齒輪承載能力的不利因素進(jìn)行重點(diǎn)分析、判斷。
在系統(tǒng)中，優(yōu)化程序模塊包含針對(duì)各類(lèi)目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化的子程序。譬如，許用圓周力最大、重合度與嚙合角最大、體積小、重量最輕等單目標(biāo)或多目標(biāo)優(yōu)化子程序。
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