准双曲面齿轮弯曲应力仿真与参数优化设计

杨国亮 1 牛向毫 2 李如意 3

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摘要：准双曲面齿轮是汽车驱动桥的主要传动元件，齿根弯曲应力直接影响到齿轮副的承载能力和疲劳寿命。为了解决传统 设计方法中齿根弯曲应力计算精度不高、参数选择依靠经验的问题，本文建立了一个基于整体驱动桥模型的准双曲面齿轮有限元分析模型，使用ABAQUS/Standard 进行准静态啮合仿真，得到齿根弯曲应力的分布规律和最大值的位置。在此基础上，把齿顶高系数、压力角、螺旋角和齿宽系数作为优化变量，用多目标遗传算法建立参数优化模型，以齿根弯曲应力最小为目标。仿真结果表明，小齿轮齿根弯曲应力的最大值出现在靠近大端的一侧，齿根部位先承受压应力，后转为拉应力；大齿轮齿根弯曲应力的最大值出现在靠近小端的一侧，应力变化趋势相反。优化后小齿轮齿根最大弯曲应力降低 16.8%，大齿轮降低 14.2%。建立驱动桥静扭试验台做齿根弯曲应力试验，试验结果最大相对误差为 7.3%，表明有限元模型的准确性以及优化方案的有效性。本研究为准双曲面齿轮的抗弯强度设计提供可靠的分析方法和优化途径。

关键词：准双曲面齿轮；齿根弯曲应力；有限元分析；参数优化；遗传算法；试验验证