Появление аддитивных технологий, топологической оптимизации и 3D- печати вызвало заметные изменения в производственной сфере и позволило компаниям создавать детали, геометрию которых практически невозможно получить, используя традиционные способы. Благодаря потрясающему разрешению 3D-npuHTepoe напечатанные детали могут иметь геометрические элементы, которые невозможно получить с помощью какого-либо другого метода производства - ни с помощью литья, ни с помощью механической обработки.
Неотъемлемое техническое требование к любой продукции авиационной промышленности - снижение веса изделия, что повышает топливную эффективность. Строгие требования к снижению массы авиационных приводов и редукторов вертолетов обуславливают необходимость использования при проектировании зубчатых колес подходов, обеспечивающих удовлетворение разнообразным требованиям. Сокращение веса всего на 1% дает экономию топлива в 0,75%. То есть, экономическая выгода от снижения веса летательного аппарата очевидна.
Цель работы исследовать возможность автоматизированного уменьшения массы зубчатого колеса с использованием топологической оптимизации и учетом характера нагружений.
Задачи:
- обзор топологической оптимизации, и ее применение для уменьшения массы зубчатой передачи;
- исследовать механизм топологической оптимизации реализованного в пакете ANSYS Workbench применительно к типовой детали(кронштейн);
- провести ТО для получения формы колеса с точки зрения минимальной массы и равнопрочности;
- сравнить со стандартными решениями по условиям прочности и жесткости.
В результате бакалаврской работы, было исследован механизм работы топологической оптимизации, с такими параметрами как: модуль упругости материала, количество и направление приложенных нагрузок, а так же учет шагов нагружения, размер конечного элемента, весовые коэффициенты целевой функции. Топологическая оптимизация применялась к кронштейну и зубчатому колесу в 2D. Анализ полученных результатов расчетов показал возможность применения топологической оптимизации при проектировании зубчатых передач с учётом требований по массе, жесткости, собственным частотам колебаний. Однако возникают трудности при топологической оптимизации зубчатого колеса в 3D, так как затруднительно подготовить геометрию с фасетированной поверхностью и создать сетку.
