[发明专利]一种基于变密度点阵结构的航空齿轮及其设计方法

权利要求书

1.一种基于变密度点阵结构的航空齿轮设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

构建齿轮结构的变密度点阵填充函数，具体包括：

将与齿轮分度圆平行的圆定义为纬线，将齿顶圆任意一点与齿轮中心的连线定义为经线；

通过所述经线和所述纬线将所述齿轮结构划分为若干单元区域，并在任意一个单元区域填充一个点阵结构；

通过控制所述经线和所述纬线的分布来控制所述点阵结构在所述齿轮结构中的填充密度；

构建变密度点阵齿轮结构的混合有限元模型，将齿轮结构划分为实体区域和变密度点阵结构填充区域，所述实体区域采用实体单元填充，所述变密度点阵结构填充区域采用梁单元填充；

基于齿轮的有限元分析结果构建其二阶响应面模型，并借助响应面模型对所述变密度点阵齿轮结构进行多目标优化设计；其中，

所述构建齿轮结构的变密度点阵填充函数的步骤具体还包括：

将所述经线的分布密度设定为等差数列并用极坐标表示；所述经线的极坐标方程为：

式中，M表示经线将整圆等分成M份，i为整数，θ∈[1, M]；以及，

将所述纬线的分布密度设定为二阶等差数列并用极坐标表示；所述纬线的极坐标方程为：

式中，表示为最小纬线半径，为最大纬线半径，N表示纬线将和之间区域分成N份，其分割点之间的间距成二阶等差数列分布。

2.如权利要求1所述的基于变密度点阵结构的航空齿轮设计方法，其特征在于，所述实体区域包括齿轮与传动轴的连接部位、齿根和齿廓啮合部位，所述变密度点阵结构填充区域为齿轮结构中所述实体区域之外的环状区域。

3.如权利要求1所述的基于变密度点阵结构的航空齿轮设计方法，其特征在于，所述对所述变密度点阵齿轮结构进行多目标优化设计的步骤具体包括：

以齿轮重量、齿轮刚度和共振裕度设为优化目标，以齿轮最大应力不超过许用应力和传动误差不超过许可范围为约束条件；构建二阶响应面近似模型来代替有限元模型，并采用多目标遗传算法完成齿轮结构的优化计算。

4.如权利要求1所述的基于变密度点阵结构的航空齿轮设计方法，其特征在于，所述变密度点阵结构包括四面体结构、六面体结构和楔形体结构。

5.一种基于变密度点阵结构的航空齿轮，其特征在于，该航空齿轮是根据如权利要求1至4任一项所述的设计方法设计的结构件。

6.如权利要求5所述的航空齿轮，其特征在于，所述航空齿轮由增材制造技术加工。