基于MATLAB的齿轮参数优化设计及其有限元分析

摘要

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齿轮计算软件、MATLAB软件优化计算及ANSYS的应力及变形分析,对比优化设计前后的结果,达到设计要求,能够将粉末冶金小齿轮改成塑料,重量减轻15％,产品成本减低25%,并且使齿轮啮合中提高齿轮疲劳寿命得以改善。
　　经过公司试验室的寿命测试,该产品能满足要求,并将样品送至客户测试,通过了所有的测试要求,该产品进入量产。
　　本课题结合座椅自动调节器实际工况解决了齿轮失效问题,并且降低了产品成本,获得了合理的齿轮参数。表明基于有MATLAB的参数优化设计技术可以在提高产品的设计质量、降低开发与生产制造成本及提高产品在市场上的竞争能力等方面发挥重要作用。

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引言

1.1 问题的提出

1.2 选题的背景

1.3 国内外研究现状

1.4 研究的目的和意义

圆柱齿轮优化设计的算法

2.1 优化设计的概念

2.2 优化设计的意义

2.3 优化设计的主要术语

2.4 优化设计的常用算法

2.5 齿轮传动的优化设计

2.6 齿轮优化设计的步骤

两级齿轮减速器的优化设计

3.1 优化设计的必要性

3.2 MATLAB优化设计

3.3 二级减速器参数优化的数学模型

3.4 优化结果及其结论

3.5 小结

有限元分析及试验测试

4.1 有限元简介

4.2 ANSYS软件功能简介

4.3 齿轮设计软件KISSSOFT简介

4.4 三维设计软件SOLIDWORKS简介

4.5 齿轮啮合过程中的有限元分析

4.6 齿轮静态模拟测试与疲劳寿命模拟测试

4.7 小结

结论与展望

5.1 结论

5.2 研究展望

参考文献

致谢

在学期间发表的学术论文及研究成果