[发明专利]一种铲齿凸轮的结构优化设计方法

权利要求书

1.一种铲齿凸轮的结构优化设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

第一步，H型铲齿凸轮的优化设计模型建立

1.1根据设计要求，确定铲齿凸轮的基本设计参数和约束条件；

1.2确定H型从动件运动规律曲线方程；

H型凸轮的从动件位移规律曲线方程s₂(θ)由直线和三次多项式曲线构成，

其中，H₃(θ)是三次Hermite插值函数

H₃(θ)＝f₀·α₀(θ)+f₁·α₁(θ)+f′₀·β₀(θ)+f′₁·β₁(θ) (2)

其中，f₁＝0，基函数是

令参数h＝θ₁-θ₀，则有θ＝θ₀+h·u，将式(2)中的θ替换为u并得式(3)

其中，α_k和β_k表示基函数；

1.3确定凸轮的理论廓线参数方程、工作廓线参数方程、刀具中心轨迹参数方程和凸轮面积计算公式，进一步确定理论廓线曲率和压力角的计算公式，目标函数为凸轮面积；

1.4由步骤1.3确定目标函数，结合步骤1.1中的设计要求确定设计变量和约束函数，得到H型铲齿凸轮的优化设计数学模型；求解过程如下：

以凸轮面积为设计目标函数，选取从动件初始位移和偏置量为设计变量，考虑机构压力角分布和理论廓线曲率范围的约束条件，并结合凸轮机构的空间布局限制，建立H型铲齿凸轮的优化设计模型，

设计变量x＝(x₁，x₂)^T，目标函数f(x)是H型铲齿凸轮的面积，其由数值积分公式计算得到

其中，θ₀为升程角，θ₁为周期，K为铲背量，[s_0l，s_0u]为从动件初始位移范围，[e_l，e_u]为从动件偏置量范围，R_r为滚子从动件半径，R_g为加工刀具半径，η为曲率安全系数，[φ_l，φ_u]为凸轮压力角范围；

第二步，多项式变异粒子群优化方法

构建增广目标函数，并采用多项式变异粒子群优化方法求解凸轮结构优化设计问题。