考虑动力学性能的高速薄壁齿轮多目标优化

摘要

为提高功率密度，航空齿轮通常采用薄腹板、薄轮缘等薄壁结构，但这会使齿轮高度柔性化，进而导致动力学性能下降。在高速薄壁齿轮设计中，如何平衡轻量化和动力学性能，以实现系统性能最优是一大难题。因此，本文首先考虑薄壁齿轮、轴和箱体等构件柔性、齿轮6自由度以及离心力、惯性力的影响，建立了高速薄壁齿轮系统柔性多体动力学模型，并通过实验进行了验证。其次，提出了基于柔性齿轮动力学的高速薄壁齿轮多目标轻量化优化设计方法。优化设计中，基于高速薄壁齿轮动力学仿真，建立了动力学性能、强度、疲劳寿命评价指标；采用参数-性能相关性分析方法，选取了影响较大的参数进行优化。最后，开展了多目标轻量化设计研究，获得了相比传统设计振动噪声更低、重量更轻的高速薄壁齿轮系统。

关键词

机械设计 / 高速薄壁齿轮 / 柔性多体动力学 / 参数-性能相关性分析 / 多目标优化 / 轻量化