基于多目标拓扑优化技术的齿轮结构优化设计

戴护民

（广东机电职业技术学院先进制造技术学院，广东 广州 510550）

1 引言

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，对工程师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。目前，相关学者对齿轮结构优化设计做了大量研究并取得了一定成果，如文献[1]对齿轮齿条进行逻辑齿廓方程构建，运用Matlab得出最优的齿廓参数。文献[2]对斜齿轮减噪进行对角修形优化设计，设计出了承载时重合度较高的斜齿轮且降噪显著。

近年来，国内学者已将结构优化技术引入到齿轮结构设计过程中，但对于齿轮结构的设计研究仍停在单目标的概念设计阶段或尺寸参数化设计。然而，由于齿轮工作环境的复杂性，单目标优化仅能改善某一方面的性能，不能改进其总体性能。近年来，虽多目标优化设计在工程结构设计中有所应用，但在齿轮结构优化中的应用几乎没有[3-5]。

为了所设计的齿轮既能满足一定的力学特性又具有抑制外界激励的能力，提出一种可行的现代优化设计方法[6]改善齿轮结构的刚度和一阶固有频率，使其延长齿轮结构使用寿命。

引入了多目标理论和优化设计技术[7-8]，对冷弯成型机的直齿轮结构进行多目标拓扑优化设计，使直齿轮改善刚度和一阶固有频率，同时，还实现结构的轻量化设计。……