[发明专利]一种齿轮传动箱体内、外筋板结构拓扑优化方法

说明书

本发明的齿轮传动箱体内、外筋板结构拓扑优化方法，包括：建立齿轮传动箱体内、外筋板结构的初始拓扑模型；确定初始拓扑模型的优化区；确定初始拓扑模型的成员特征和加工方向；确定初始拓扑模型的位移特征；根据优化区、成员特征、加工方向和位移特征进行初始拓扑模型的拓扑优化，逐步建立容器实体的有限元模型。保证了箱体的结构刚度和谐振强度的不同工况适应性。并且没有明显提高结构重量。

技术领域

本发明涉及一种结构优化方法，特别是涉及一种齿轮传动箱体结构的优化方法。

背景技术

结构拓扑优化方法是融合了拓扑学和计算机技术，并应用在计算力学以及图像处理等领域的一种新兴技术。拓扑优化在给定区域内，寻求结构的某种布局(如结构有无孔洞、孔洞的位置、数量以及结构的连接方式等)，使其能够在满足一定约束的条件下，设计目标最优(如结构质量最轻)。结构拓扑优化使得人们在结构设计中不再局限于被动地对给定结构方案进行分析校核，而是主动地在结构分析的基础上寻找最优结构。

变速器、分动器箱体作为薄壁箱体结构，为了增强轴承位附近结构强度以及提高箱体整体的刚强度，往往需要在箱体壁面设计多个内、外加强筋板。箱体筋板的设计主要依赖于可利用的自由空间及设计人员经验，往往存在筋板布置过多而在关键位置又没有筋板的情况，很难实现加强筋板的最优化布置，这样一方面增加了箱体的整体重量，而箱体薄弱位置又未必得到有效增强。如何对齿轮箱加强筋板进行优化设计，在重量最小的条件下实现箱体刚强度的最有效增强需要可靠的优化方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种齿轮传动箱体内、外筋板结构拓扑优化方法，解决缺乏有效优化方法化方法应用于齿轮箱体结构设计的技术问题。

本发明的齿轮传动箱体内、外筋板结构拓扑优化方法，包括：

建立齿轮传动箱体内、外筋板结构的初始拓扑模型；

确定初始拓扑模型的优化区；

确定初始拓扑模型的成员特征和加工方向；

确定初始拓扑模型的位移特征；

根据优化区、成员特征、加工方向和位移特征进行初始拓扑模型的拓扑优化，逐步建立容器实体的有限元模型。

所述建立齿轮传动箱体内、外筋板结构的初始拓扑模型包括：

建立容器实体的空间外廓；

挖空容器实体局部形成的安装部件空间；

增加容器实体的冗余厚度；

确定安装部件的空间高度。

所述确定初始拓扑模型的优化区包括：

对初始拓扑模型进行有限元网格划分前，对初始拓扑模型进行网格离散，划分优化区和非优化区。

所述非优化区包括：

各关联面环边部分、轴承位位置和轴承位所在容器实体的底板区域。

所述确定初始拓扑模型的成员特征和加工方向包括：

最小成员尺寸约束和最大成员尺寸约束。

所述确定初始拓扑模型的成员特征和加工方向包括：

双向拔模约束，第一个拔模方向点选择在容器实体的底板区域，第二个拔模方向点选择在靠近容器实体起虚拟分割作用的实体表面区域，第二个拔模方向点与第一个拔模方向点的连线矢量方向指向虚拟分割的实体表面。

所述确定初始拓扑模型的位移特征包括：

确定的实际安装固支点的位移特征设置为全约束，容器实体的法向位移特征设置为各关联面环边约束。