齿轮轴在PrO／ENGINEER中的优化设计
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栏 目主 持 ：黎 艳 投 稿 信 箱 ：ｌ＠ｉｎ ｖ ． ｍ ｎ ｉ ｄ ｏ ｏｃ ｃ ｙ ｏ
义 目标 。
按 照 Ｐ 。Ｅ Ｇ Ｎ Ｒ 构分 析 指 南 ，指 派 材 ｒ／Ｎ Ｉ Ｅ 结 Ｅ
在这个 案例 中，笔者 用齿轮和 齿轮 料 ，施 加 约束 ，施 加 载 荷 ，并 对模 型 网格
化问题。
１） （ ”
保 证齿 轮宽度参 数大于 ４ ，就可 以尽可
齿 轮 初 始
倒 角半 径
在 Ｐ ｏＥ Ｇ Ｅ Ｒ ，灵 敏 度 分 析 包 能 减 少 零 件 总 质 量 ， 同 时 对 应 力 没 有 显 ／Ｎ Ｉ Ｅ 中 ｒ Ｎ 括全 局灵敏 度分 析和 局部灵敏 度分 析 。 全 局 灵 敏 度 分 析 研 究 设 计 参 数 在 其 整 个 可能 的取值 范 围内对 设计模 型 的影响 。 著 的影响。
三 、灵 敏 度 分 析
在 机 械 设 计 中 ，各 种 设 计 参 数 与
图３
图 ４ 分 析 结 果 表 明 ，零 件 总 的 质 的
量 正 比 于 零 件 总 质 量 。 这 样 的 最 优 值 ４ 设 计 目标 ，选 择 齿 轮 宽 度ｄ 作 为 设 计 变 设 计 目标 相 互 关 联 的 方 式 不 。 为 了探 ４ 明 这 些 设 计 变 量 以 何 种 方 式 影 响 设 计 目 仅 仅 受设计 约束 的限制 。另一方 面 ，如 量 。 其他 已 知参 数 如 表所 示 。
（］ ｍｓ１ ）： ｂ ／ ｎ
◎零 件 两 端 固定 ；
ａ］ ｓ ｈ ｃ Ａｎ ］ ｓ ／ ａ Ｙ １ ａ ｓ ◎ 载 荷 ， Ｆ＝ ［×１ ；ｉ ０ ｎ ｖ １ ” 一 “ ｅｃ ｎ ａ １ ０ ；０ ×１ ］ ｓ （ ，作用在齿轮 圆柱体外表面 。 磅） Ｓ ｄ ｅ ” 。 在 “ ｓ１ Ｓｔ Ｙ ｕ ｔ ｓ Ｄｅ ｇｎ ｕｄ
度ｄ ４，因 此 笔 者添 加 一 个 纬 度 关 系
ｄ ＝ｌ ｄ 。 ７ ｌ ４
ｅ ｓｔ ｖ ｔ 所 在 Ｖ ｂ ｍ 选 项 卡 的右 边 ， 点击 Ｓ ］ ｃ Ｓ ｎ ｉ ｉｉｙ ，打 开 如 图６ 示 对话 框 。 ａ １ ］ｓ ｒａ ｅ ｅｔ 可 Ｄ ｅ ｏ 按钮圆 。从模型中选择齿轮 键 入 分 析 说 明 （ 选 ）。 从 列 表 中选 择 １ ｓ ｎ ｒ ｎ１ ｌ ｌ ４ 宽度 ４ ，当前 值 是 ３ 。设 置 Ｓ ｒ 值 为 分 析 类 型 。 选 择 变 量 ｄ ，在 变 量 列 旁 边 ｔ ｔ ａ
二 、模 型 创 建
创建几何模型并添 加机械， ¨ 生能。
Ｉ创建 齿轮 — — 抽 的 实体 模 型
Ｓ ｎ ｉ ｉ ｉｙ ，打 开 如 图 ３ 示 对 话 框 。 ｅ ｓｔ ｖｔ ” 所
２局部 灵敏 度 分析
键 入 设 计 说 明 （ 选 ）， 取 新 的 设 计 可
ห้องสมุดไป่ตู้
局部灵敏度分析步骤如下。 在 Ｄ ｓｇ Ｓ ｕ ｙ Ｄ ｆ ｎ ｔ ｏ 对 话 ｅ １ｎ ｔ ｄ ｅ ｊ１ｎ
优 化 设 计 获 得 尺 寸 ｄ 的最 佳 值 并 使 Ｕｅｆ１ｎ１ｔ１０ｎ” 对 话 框 中 ， 点 击 ４
部件的重量最小。
“ １ ｅ … “ ｅ Ｓ ｎ １ ｖ ｔ Ｄ ｓ ｇ Ｆ］” Ｎ ｗ ｅ ｓ ｔｉ １ ｙ ｅ ｉ ｎ
图４
Ｓ ｄ ｕ ｔ Ｙ” ， 选 择 分 析 类 型 “ ｏｂａ］ Ｇ］
表
轴 长ｄ ＝ ｌ ７ ｄ
８ ”
所 ４ ．５￣，最 大 应 ， 标 ， 用 灵 敏 度 分 析 或 者 灵 敏 度 研 究 来 确 图 ５ 示 ，当ｐ 的 值 小 于 ０７ Ｂ
轴 直 径 （ ＝ （ 齿轮 直 径ｄ ｔ ｄ） ６ ３
１＇ ’
一
定关键 参 数 ，以便更 好地 实施 设计 最优 力急剧 增加 。 因此 可以得 出结论 ，只要
宽 度 ４
３ ”
Ｉ
ｄ １ ｄ 】＝ １ ２
【１ ５ 】 ” ２
◎材 料 为 钢 ，
◎尺 寸 ｄ 、 ｄ 、 ｄ 、 ｄ 、ｄ 、 Ｏ ｌ ６ ７ ３
局部 灵敏 度分析 着重 于一个 特定参 数 的 值 ，分 析该 参数 变化趋 势也 就是 曲线斜
率对性能的影响 。
Ｉ全 局 灵敏 度 分 析 全 局 灵 敏 度 分 析 按 下 歹 步 骤 进 行 依 次 选 择 “ ｃ ｎ ｃ ”一 Ｍｅ ａ ｈ ａ “ Ａ
ｄ ｌ ｄ ２ 整 个 零 件 长度 不 变 ； ｌ 、 １和
③ 零 件 承 受 应 力 不 超 过 ： ７×１ ０
分析 为 “ ｅ ｇ ０ ］ Ｇ ｒ ］ ａ ”，缺 省类型是 ａ＿ ｂ
Ｆ ｅ Ｎ Ｄ ｇ ｅ Ｓ ｎ 在 Ｐ ｏＥ Ｇ Ｅ Ｒ ，创建 模 型 ，因 Ｇｏ ａ Ｓ ｎ ｉｉｉｙ ／ Ｉ Ｅ 中 ｒ Ｎ Ｎ ｌｂ ］ ｅ ｓｔｖｔ 。从 歹 表 中选 择 分 析 框 中 ，点 击 “ ］ ”一 “ Ｗ ｅ １ Ｓ ｕ Ｙ” ， 选 择 分 析 类 型 “ ａ１ ｔ ｄ Ｌ Ｃ ０ 为 需要 保 证 轴 的 长 度 ，同 时要 调 整纬 项 目。 这 里 选 择 分 析 “ｅ ｓ ａ ” 。 ｇ ａ＿ ｔｔｃ ｒ
轴 的 例 子 来 阐述 优 化 设计 的 方 法 ，如 图 １ 化 。 为 了定位 载 荷 ，不 要 忘记 插 入 平 面 区
所示。
域 。 最 后 完 成 的 零 件 如 图２ 示 。 这 时候 所 模 型 就可 准 备 做 最优 化 设 计分 析 了。
图２ 图１
为 了 简 化 问 题 ，笔 者 假 定 齿 轮 轴 是 一 个 钢 制 作 的 实 体 ，考 虑 最 小 质 量 为
义 目标 。
按 照 Ｐ 。Ｅ Ｇ Ｎ Ｒ 构分 析 指 南 ，指 派 材 ｒ／Ｎ Ｉ Ｅ 结 Ｅ
在这个 案例 中，笔者 用齿轮和 齿轮 料 ，施 加 约束 ，施 加 载 荷 ，并 对模 型 网格
化问题。
１） （ ”
保 证齿 轮宽度参 数大于 ４ ，就可 以尽可
齿 轮 初 始
倒 角半 径
在 Ｐ ｏＥ Ｇ Ｅ Ｒ ，灵 敏 度 分 析 包 能 减 少 零 件 总 质 量 ， 同 时 对 应 力 没 有 显 ／Ｎ Ｉ Ｅ 中 ｒ Ｎ 括全 局灵敏 度分 析和 局部灵敏 度分 析 。 全 局 灵 敏 度 分 析 研 究 设 计 参 数 在 其 整 个 可能 的取值 范 围内对 设计模 型 的影响 。 著 的影响。
三 、灵 敏 度 分 析
在 机 械 设 计 中 ，各 种 设 计 参 数 与
图３
图 ４ 分 析 结 果 表 明 ，零 件 总 的 质 的
量 正 比 于 零 件 总 质 量 。 这 样 的 最 优 值 ４ 设 计 目标 ，选 择 齿 轮 宽 度ｄ 作 为 设 计 变 设 计 目标 相 互 关 联 的 方 式 不 。 为 了探 ４ 明 这 些 设 计 变 量 以 何 种 方 式 影 响 设 计 目 仅 仅 受设计 约束 的限制 。另一方 面 ，如 量 。 其他 已 知参 数 如 表所 示 。
（］ ｍｓ１ ）： ｂ ／ ｎ
◎零 件 两 端 固定 ；
ａ］ ｓ ｈ ｃ Ａｎ ］ ｓ ／ ａ Ｙ １ ａ ｓ ◎ 载 荷 ， Ｆ＝ ［×１ ；ｉ ０ ｎ ｖ １ ” 一 “ ｅｃ ｎ ａ １ ０ ；０ ×１ ］ ｓ （ ，作用在齿轮 圆柱体外表面 。 磅） Ｓ ｄ ｅ ” 。 在 “ ｓ１ Ｓｔ Ｙ ｕ ｔ ｓ Ｄｅ ｇｎ ｕｄ
度ｄ ４，因 此 笔 者添 加 一 个 纬 度 关 系
ｄ ＝ｌ ｄ 。 ７ ｌ ４
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二 、模 型 创 建
创建几何模型并添 加机械， ¨ 生能。
Ｉ创建 齿轮 — — 抽 的 实体 模 型
Ｓ ｎ ｉ ｉ ｉｙ ，打 开 如 图 ３ 示 对 话 框 。 ｅ ｓｔ ｖｔ ” 所
２局部 灵敏 度 分析
键 入 设 计 说 明 （ 选 ）， 取 新 的 设 计 可
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局部灵敏度分析步骤如下。 在 Ｄ ｓｇ Ｓ ｕ ｙ Ｄ ｆ ｎ ｔ ｏ 对 话 ｅ １ｎ ｔ ｄ ｅ ｊ１ｎ
优 化 设 计 获 得 尺 寸 ｄ 的最 佳 值 并 使 Ｕｅｆ１ｎ１ｔ１０ｎ” 对 话 框 中 ， 点 击 ４
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“ １ ｅ … “ ｅ Ｓ ｎ １ ｖ ｔ Ｄ ｓ ｇ Ｆ］” Ｎ ｗ ｅ ｓ ｔｉ １ ｙ ｅ ｉ ｎ
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所 ４ ．５￣，最 大 应 ， 标 ， 用 灵 敏 度 分 析 或 者 灵 敏 度 研 究 来 确 图 ５ 示 ，当ｐ 的 值 小 于 ０７ Ｂ
轴 直 径 （ ＝ （ 齿轮 直 径ｄ ｔ ｄ） ６ ３
１＇ ’
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定关键 参 数 ，以便更 好地 实施 设计 最优 力急剧 增加 。 因此 可以得 出结论 ，只要
宽 度 ４
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Ｉ
ｄ １ ｄ 】＝ １ ２
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◎材 料 为 钢 ，
◎尺 寸 ｄ 、 ｄ 、 ｄ 、 ｄ 、ｄ 、 Ｏ ｌ ６ ７ ３
局部 灵敏 度分析 着重 于一个 特定参 数 的 值 ，分 析该 参数 变化趋 势也 就是 曲线斜
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Ｉ全 局 灵敏 度 分 析 全 局 灵 敏 度 分 析 按 下 歹 步 骤 进 行 依 次 选 择 “ ｃ ｎ ｃ ”一 Ｍｅ ａ ｈ ａ “ Ａ
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③ 零 件 承 受 应 力 不 超 过 ： ７×１ ０
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轴 的 例 子 来 阐述 优 化 设计 的 方 法 ，如 图 １ 化 。 为 了定位 载 荷 ，不 要 忘记 插 入 平 面 区
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域 。 最 后 完 成 的 零 件 如 图２ 示 。 这 时候 所 模 型 就可 准 备 做 最优 化 设 计分 析 了。
图２ 图１
为 了 简 化 问 题 ，笔 者 假 定 齿 轮 轴 是 一 个 钢 制 作 的 实 体 ，考 虑 最 小 质 量 为