谷芳，吴华杰，崔国起

（天津大学内燃机研究所，天津 300072）

1 前言

齿轮是汽车传动装置中最常见的一种零部件，具有结构紧凑、效率高、工作可靠、寿命长等特点。随着汽车零部件轻量化要求越来越高，设计出既要保障结构强度和振动特性，又要最大限度轻质量的齿轮结构，变得十分重要。齿轮的齿形结构主要由受力状况和传动参数决定，一旦外部受力和传动参数确定，对齿形结构的优化余地不大。但齿轮的中心辐板结构有很大的优化空间。可以通过选择最佳的辐板形状，来满足结构的强度和振动特性要求。传统的腹板结构设计，往往是参考已有的齿轮结构进行经验性设计。这种依靠经验完成的齿轮设计，具有一定的不确定性，很难获得齿轮辐板的最佳材料分布。尤其是对齿轮这种运动零部件来说，除了要考虑结构强度影响，还要考虑其振动特性。

拓扑优化是产品概念设计阶段常用的优化方法，也是最具有应用前景和最能体现产品创新性的结构优化技术。通过寻找最佳的结构布局，得到质量最轻、性能最好的设计，这在产品轻量化设计中，是至关重要的一个环节。目前，国内学者采用拓扑优化的方法，对齿轮结构优化开展了一系列的研究，但大多数是基于静强度分析的单目标优化设计或尺寸参数优化设计。针对齿轮这种运动零部件来说，显然是不够的。其使用寿命和可靠性，除了与齿间啮合力有关，还与系统的振动特性有很大关系。……