基于Altair inspire的齿轮拓扑优化设计


齿轮因具有稳定的传动比而在传动装置中为重要的传动件之一,齿轮结构性能的好坏不仅影响其工作寿命,也影响了传动装置的性能。随着工业制造的要求不断提高,对于设计出性能良好且节省材料的传动件也提出了较高的要求。

在此背景下,将结构优化技术引入齿轮设计中,实现齿轮的高质量、轻量化设计。并且在设计阶段通过仿真分析实现齿轮的合理性检验,以缩短设计周期、降低齿轮设计生产强度。







轻量化齿轮拓扑优化模型的建立




拓扑优化是通过对定义的设计区域进行载荷工况的添加、约束处理,进而在设

计空间内寻求材料的最佳布局,以达到设定的优化目标。本文采用solidworks进行齿轮的建模。


基于Altair inspire的齿轮拓扑优化设计的图1







载荷工况及约束自由度处理






基于Altair inspire的齿轮拓扑优化设计的图2






拓扑优化目标设置








基于Altair inspire的齿轮拓扑优化设计的图3

这里需定义两个设计参数,一是定义设计目标为刚度最大化,以保证齿轮结构强度,二是设计空间总体积的百分比,确定齿轮材料的多少,根据多次结果进行数据的调整。





轻量化齿轮拓扑优化结果及分析




基于Altair inspire的齿轮拓扑优化设计的图4



基于Altair inspire的齿轮拓扑优化设计的图5
基于Altair inspire的齿轮拓扑优化设计的图6
基于Altair inspire的齿轮拓扑优化设计的图7

通过优化结构发现,材料剩余100%、20%、25%、30%的拓扑优化图存在不同差异,在结构上,在齿轮上有一较小孔洞并且孔洞的形状呈放射状,孔洞的排序以中心轴为对称中心呈五辐对称,在靠近中心连接处的地方,结构厚度相对较大,这类似传统设计齿轮,在两面设计凹槽相近。从整体造型分析,优化结果

大大节省了材料,达到了轻量化的目的








齿轮拓扑优化结果可靠性分析及验证




齿轮传动在现代机械应用中最为广泛,齿轮传动是指由齿轮副传递运动和动力的装置,齿轮在其中扮演着相当重要的角色。因此,必须通过虚拟仿真验证齿轮的强度。



基于Altair inspire的齿轮拓扑优化设计的图8

                                   齿轮位移云图

基于Altair inspire的齿轮拓扑优化设计的图9

                                        应力分布图

由轮毂位移云图分析可知,齿轮最大位移变形集中在轮齿附近,最大变形量为0.14mm,轮毂的安全系数为1.3,已达安全最低标准。由图分析可知,在轮齿边上的位置最容易发生断裂,在设计时要尽可能减少此处的应力集中现象。




在这里只是简单概述拓扑优化的主要过程,如果你对拓扑优化研究领域感兴趣,欢迎一起探讨交流!


文章来源:华汽电动车队



Inspire拓扑优化

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12代英特尔CPU-i9 12900K上面的altair inspire 2022.1.1,安装Windows 10系统,用了些日子之后,久了,无解!已经第2次了安装一次之后,可以再次使用。Windows 11无法安装使用altair inspire系列软件。 AMD的Ryzen 7 1700安装Windows 10上面的altair inspire 2022.1.1一直没有问题!
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