[发明专利]一种螺旋油楔轴承的多目标优化设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及轴承设计技术领域，具体涉及一种螺旋油楔轴承的多目标优化设计方法。

背景技术

螺旋油楔轴承是一种三油楔动静压滑动轴承，该轴承有三个斜置的圆弧型油腔，三个油腔均匀分布。螺旋油楔轴承的油腔结构复杂，在进行结构设计时，由于轴承性能指标如刚度、温升等，往往相互冲突，因此为了设计出性能优良的螺旋油楔轴承，有必要对其进行多目标优化设计。

目前，现有的螺旋油楔轴承的研究包括各个结构参数对轴承性能的影响，但分析的参数并不全面，现有技术对动静压轴承的结构优化一般采用复合形法、梯度法等传统优化方法，将梯度法寻优应用于普通的径向滑动轴承，在计算轴承油膜特性时，采用联立雷诺方程和粘温方程求解的方法，全局寻优能力尚有不足。现有专利“一种滑动轴承的优化设计方法”(专利申请号：201310014836.2)，此专利采用矩形油腔动静压轴承的计算方法，未涉及螺旋油楔动静压轴承，螺旋油楔动静压轴承油腔结构复杂，此专利的优化方法为梯度法，采用求解雷诺方程的方法假设条件较多，精度尚不能满足需要；此专利采用流体力学模型进行油膜特性计算，计算效率较低、耗时长。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明为了解决螺旋油楔轴承优化设计全局优化能力不足的缺陷，同时为了克服现有技术中求解雷诺方程的假设条件较多所导致的计算精度尚不能满足需要的问题，而提供一种通过大幅度减少遗传算法中进化种群中个体数来提高算法的求解效率，适用于多目标工程优化问题，具有较高的全局优化能力，可以有效地提升优化效率，更加准确地对轴承油膜特性进行了计算，提高计算精度，计算耗时少的螺旋油楔轴承的多目标优化设计方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种螺旋油楔轴承的多目标优化设计方法，该方法采用基于求Navier-Stokes方程的油膜特性计算方法，计算螺旋油楔轴承的油膜特性，采用微型多目标遗传算法进行轴承结构的多目标优化设计，并在优化过程中通过构建径向基函数代理模型代替计算耗时的仿真模型进行计算，大大提高了计算效率，该方法的具体步骤如下：

步骤1：建立螺旋油楔轴承多目标优化设计问题的数学模型，该数学模型如式(1)所示：

Min  {f₁(x),...,f_m(x)}

s.t.  g_i(x)≤0,  i＝1,...,p

h_j(x)＝0,  j＝1,...,q    (1)

x_(L)≤x≤x_(U),x＝[x₁,...,x_n]^T

其中，优化目标f(x)为轴承性能指标评价函数，如刚度、温升等，m为其总个数，g(x)和h(x)分别表示优化中不等式和等式约束函数，参数p、q则分别表示优化问题中这些函数的个数，x＝[x₁,...,x_n]^T表示优化设计变量，为待优化的轴承结构参数，如轴承半径间隙、封油边长度、螺旋角、油腔包角、油腔深度等，n为其总个数，x_(U)和x_(L)分别表示优化变量的上、下界，以上的优化目标、约束、优化设计变量及其搜索域均根据具体的轴承优化设计问题来确定。

步骤2：实验设计方法采样，采用拉丁超立方实验设计方法采样得到样本点和测试点，并根据流体力学仿真计算模型计算出样本点和测试点的目标函数值。

步骤3：构造径向基函数代理模型，径向基函数代理模型基本形式如式(2)所示：