[发明专利]一种保证凸轮机构运动可靠性的优化设计方法

说明书

本发明提供了一种保证凸轮机构运动可靠性的优化设计方法，包括如下步骤：步骤1，通过分析基本尺寸误差、运动副间隙误差对盘形凸轮机构运动精度的影响，建立考虑两种误差的摆动推杆盘形凸轮机构运动可靠性R、可靠性灵敏度S_σ(i)数学模型。步骤2，依据盘形凸轮机构优化模型的要求，确定盘形凸轮机构中摆杆长l、滚子半径r、凸轮轴轴心与摆动回转中心距离a、铰链运动副间隙z_g、凸轮及滚子接触点与凸轮轴轴心距b等各项参数优化范围、允许尺寸误差及分布类型等指标，并建立盘形凸轮机构轮廓曲线方程。步骤3，利用改进正弦余弦算法在解空间内对各参数组合进行优化，并以盘形凸轮机构运动一周内的最小可靠度值作为评判标准，得到最优参数组合。步骤4，依据步骤3所得结论对该类盘形凸轮机构模型提出合理的改进意见。

技术领域

本发明属于机械设计制造及其自动化领域，具体涉及一种保证凸轮机构运动可靠性的优化设计方法。

背景技术

随着结构、机构可靠性分析方法和设计理论及其它相关安全理论日渐成熟，盘形凸轮机构构件发生强度故障而引起的事故已越来越少。相比之下，盘形凸轮机构的运动精度问题则显得日益突出。由于构件存在尺寸、间隙、磨损等误差，从而使各构件的运动误差具有不确定性，导致运动精度下降。所以为保证盘形凸轮机构的运动精度，对其进行误差分析及可靠性定量计算显得尤为重要。

智能优化算法是受人类智能、生物群体社会性或自然现象规律的启发，利用计算机模拟特殊行为而用于求解组合优化问题的有效途径。盘形凸轮机构最优参数尺寸组合的寻找过程也可定义为一种求解最优参数组合的多目标优化问题。正弦余弦算法因参数少易实现、逻辑简明清晰且运算速度快而在实际工程问题中得到广泛应用。但标准正弦余弦算法仍存在易早熟、迭代后期难以跳出局部最优等问题。

发明内容

发明目的：为了使盘形凸轮机构在考虑基本尺寸误差、运动副间隙误差条件下的运动可靠性最大化，且改善现有标准正弦余弦算法易早熟、迭代后期易陷入局部最优等问题，提出一种嵌入边界缓冲策略的正弦余弦算法。改进后的算法较好的解决了个体越界行为，提高了种群多样性，增强了算法寻优精度，从而达到更好的优化盘形凸轮机构最优参数尺寸组合的目的。

技术方案：为实现上述目的，本发明提供一种保证凸轮机构运动可靠性的优化设计方法，包括如下步骤：

(1)通过分析基本尺寸误差、运动副间隙误差对盘形凸轮机构运动精度的影响，建立考虑两种误差的摆动推杆盘形凸轮机构运动可靠性R、可靠性灵敏度S_σ(i)数学模型。

(2)依据盘形凸轮机构优化模型的要求，确定盘形凸轮机构中摆杆长l、滚子半径r、凸轮轴轴心与摆动回转中心距离a、铰链运动副间隙z_g、凸轮及滚子接触点与凸轮轴轴心距b等各项参数优化范围、允许尺寸误差及分布类型等指标，并建立盘形凸轮机构轮廓曲线方程。

(3)利用改进正弦余弦算法在解空间内对各参数组合进行优化，并以盘形凸轮机构运动一周内的最小可靠度值作为评判标准，得到最优参数组合。

(4)依据步骤3所得结论对该类盘形凸轮机构模型提出合理的改进意见。

步骤(1)中考虑基本尺寸误差、运动副间隙误差，构建对应计算模型：

1)摆动推杆盘形凸轮机构示意图如附图1所示，令初始位置时摆杆与x轴间夹角为则任意位置摆杆摆角表达式为：

其中参数c为附图1中O'₂P的长度；

2)运用泰勒级数展开法对各变量二阶展开，可得由基本尺寸误差所引起的摆杆摆角位置误差

3)因基本参数x、y、r、l、a均为随机变量且符合正态分布，故可求得由基本尺寸误差所引起的摆杆摆角位置误差均值与方差：