用边界元法优化齿轮轮齿形状来降低齿根应力并用光弹性实验证明[外文翻译].doc

附件C：译文

用边界元法优化齿轮轮齿形状来降低齿根应力并用光弹性实验证明
Vasilios A. Spitas, Theodore N. Costopoulos1, Christos A. Spitas
摘要：这篇文章介绍了无量纲齿轮的概念来使齿轮应力最小化。与其它已存在的方法相比这种建模方法减少了设计变量总数来显著减少计算时间。应力计算不是用建立受载齿轮模型及用用边界元分析在优化过程中的每一步迭代重复计算齿根应力的方法来计算的，而是通过先对无量纲模型用边界元法计算出数值，(这种无量纲模型对应于不同设计参数的组合),再对计算出的数值用插值法进行计算。优化时运用复合形法，并对最优齿轮和标准齿轮在相同传递扭矩是对齿根应力进行比较。通过这种方法齿根应力可减少36.5%。齿根应力的减少通过二维光弹性实验已得到了证实。
关键词：直齿，齿根应力，边界元法，优化，复合形法，光弹性效应

1 引言
计算力学和结构优化的发展推动了数值模拟技术的发展，这种数字建模技术已被用于齿轮传动设计中以生成特定齿轮副的优化设计(Lintvin[1])。但是，我们不得不承认(Ciavarella[2])每个单独的齿轮都有许多设计参数，在每一步都重复进行大量引力分析的实时优化在实际设计中是不可行的。为克服这种差异，研究人员在研究非标准齿轮时要么用经验公式(Pedrero[3])，要么通过假设力是作用在齿顶来进一步简化问题(Rogers[4])，从而导致了计算结果不可靠。
本文介绍了一种新的齿轮建模的概念，这种建模方法是通过用一对齿轮副的重合度来确定载荷的作用点。通过使用无量纲齿轮并结合在齿轮副重合度(ε)中啮合齿轮的所有参数来使问题简化，这种方法没有使用标准的设计参数并将总参数个数从7个减少至3个。每个齿轮都进行这样的几何建模并随着重合度的不同，载荷作用点也不同，接着用边界元分析计算齿根应力的最大值。并将结果填在一张应力表中用来描述给定齿的特征，这张表能被包括在优化算法中，在算法中所有需要的中间值可以通过插值法很快计算出来。
这种新的建模技术和标准的建模技术相比使得计算结果更精确，而计算时间更少。另外，因为引入了应力表的概念，这种技术能用模块化方法很快的解决任