عنوان پایان‌نامه
بهینه سازی عصبی - ژنتیک بدنه چرخ دنده ها با استفاده از منحنی های bEZIER
- رشته تحصیلی
- مهندسی مکانیک طراحی کاربردی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس 2 فنی شماره ثبت: 1485;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 40264
- تاریخ دفاع
- ۰۷ اسفند ۱۳۸۷
- دانشجو
- حامد وهابی
- استاد راهنما
- مسعود شریعت پناهی
- چکیده
- درطراحی چرخدندههای انتقال قدرت، ویژگیهای دندانهها (فرم، ابعاد، صافی سطح و سختی)، براساس معیارهای مشخصی همچون استحکام خمشی دندانهها و تخریب سطحی آن‌ها (pitting) تعیین میگردد. این معیارها ضمنا رهنمودهایی را برای طراحی و تحلیل طوقه (rim) چرخدنده ارائه میکنند، ولی در خصوص طراحی شکلی (shape design) سایر قسمتهای چرخدنده از جمله توپی (hub) و پرهها (spokes) که در وزن و استحکام خستگی چرخدنده و عملکرد دینامیکی آن (بویژه در سرعتهای بالا) تاثیر مستقیم دارد، معیار مشخصی ارائه نشده است و طراحی این بخشها عمدتا بصورت تجربی و با استفاده از سطوح مقطع مشخص هندسی و یا نهایتأ بصورت آزمون و خطا صورت میگیرد. در این پایان‌نامه ضمن تعریف مساله طراحی فرم بدنه چرخدندهها در قالب یک مساله طراحی بهینه (optimal design) چند هدفه، استفاده از منحنیهای پارامتری برای تعریف فرم پیچیده سازه متصل کننده توپی و طوقه چرخ پیشنهاد میشود. ویژگی اصلی این منحنیها آن است که فرم آن‌ها درتمامی نقاط تابعی از تعداد محدودی گره (node) کنترلی است که باتغییر مختصات این گرهها، فرم کلی رویه مذکور تغییر میکند. از طریق تعریف مساله فوق در قالب یک مساله بهینهسازی چند هدفه، مختصات بهینه گرههای تعریف کننده فرم هندسی این مقطع از چرخدنده بگونهای بدست میآید که ضمن رعایت قیدهای مرتبط با استحکام، تغییر شکلهای موضعی و ...، توابع هدف مورد نظر کمینه شوند. برای حل این مساله بهینهسازی شکلی لازم است ابتدا مدل المان محدود چرخدنده بصورت پارامتری ایجاد شده و تحت بارگذاری مناسب، توزیع تنش و تغییرشکل در ناحیه مورد نظر تعیین گردد. سپس برای کاهش حجم محاسبات مورد نیاز در فرآیند بهینهسازی، مدل المان محدود چرخدنده با یک شبکه عصبی چند لایه (MLP) تقریب میگردد و در نهایت با کمینهسازی توابع هدفی متشکل از وزن، حداکثر تنش معادل و حداکثر تغییر شکل بدنه چرخدنده، فرم بهینه مقطع چرخدنده در ناحیه واقع بین توپی و تاج بدست میآید. ضمن اینکه جهت ارزیابی نتایج تحلیل المان محدود، فرم ساده شدهای از هندسه بدنه چرخدنده علاوه بر آنالیز المان محدود، بصورت دستی نیز مورد تحلیل قرار گرفته و نتایج حاصل از این دو آنالیز با هم مقایسه میگردند.
- Abstract
- The performance of cylindrical gears, especially those of medium to large sizes, is directly affected by the form and dimensions of the gear blank, including the rim, the hub and the inner part of the gear body. Too thick a rim and/or gear body would add to the weight and inertia of the gear, whereas too thin a rim/body may cause unacceptably large stresses and deformations in the component. We propose a new methodology for reducing the weight of the gear while satisfying its strength and durability requirements. The proposed approach is based on the use of parametric curves to define the geometry of the gear blank and applying a hybrid neuro-genetic optimizer to find optimum values of the shape-defining parameters, in this case the nodes of the Bezier curve. A comprehensive Finite Element model of the gear is employed to study the stresses and deformations throughout the gear and to make sure strength and durability requirements are met. Results of a case study show a further weight reduction of 22.3 to 23.7 percent compared to a traditionally designed gear blank.
