[发明专利]RV减速器主轴承多目标优化中设计变量范围的确定方法

摘要

一种RV减速器主轴承多目标优化中设计变量范围的确定方法，先确定主轴承的原始设计参数、工况、约束条件以及初始设计变量及；建立拟静力学模型并输出角刚度、摩擦力矩、疲劳寿命的目标函数，运用MOTLBO进行优化，对优化结果的球径球数进行组合得到所有的球径球数组合；然后进行最大最小归一化处理并计算处理后的解集与原始设计的欧氏距离，选择欧式距离最小的前20％个体，分析各组合在这20％个体中的占比，选择其中占比最大的组合运用MOTLBO进行多目标优化，直到优化结果中的设计变量的变动范围满足终止条件为止，输出最终确定的设计变量及变动范围。本发明获得RV减速器主轴承特定的球径球数组合的设计变量及其合理的变动范围，提高了优化设计的效率。

主权项

一种RV减速器主轴承多目标优化中设计变量范围的确定方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，进行RV减速器主轴承设计变量的组合分布分析，并寻找最接近原始设计参数目标的组合，具体为：步骤1.1，确定主轴承的原始设计参数，原始设计参数包括优化前的RV减速器主轴承的球数、球径、公称直径和内外沟曲率系数，分析主轴承的外部受载情况，确定主轴承工况，建立主轴承的拟静力学模型，初步确定要优化的设计变量，即球径D、球数Z、公称直径dm以及内外沟曲率系数fi以及fo，给定主轴承要优化的结构参数的上限及下限(v＝{1,2,...V}，V为设计变量的个数，其中，为第v个设计变量的上限值，为第v个设计变量的下限值；该上下限值的确定需要参考轴承结构参数的设计约束条件，其约束条件具体如下：周向间隙约束：外圈沟底壁厚约束：0.5(do‑dm‑D)‑εD≥0钢球约束：节圆直径约束：0.5(do+di)≤dm≤(0.5+e)(do+di)沟曲率系数约束：0.505≤fi≤0.56，0.505≤fo≤0.56其中do与di为轴承的外径和内径，u为周向间隙系数，取值为E为材料系数，取值范围为1.5‑2.0；KD为球径约束条件系数，取值范围为0.3‑0.32；ε为沟底壁厚系数，取值范围为0.25‑0.4；e为直径约束系数，取值范围为0.05‑0.08；步骤1.2，根据步骤1.1得到的主轴承约束条件、工况和拟静力学模型，针对设计变量，运用parameter‑less类进化算法MOTLBO对RV减速器主轴承的拟静力学模型输出的刚度、摩擦力矩和疲劳寿命进行多目标优化，并得到优化解集P；步骤1.3，对得到的优化解集P中的离散值设计变量进行组合分布分析，对于RV减速器主轴承来说，其球径、球数为标准化的离散变量值，将优化解集P中拥有相同球径和球数的个体被归入同一组合Ri，其中i∈{1,2,...r}表示第i组合，并最终得到集合中的所有可能的球径球数的组合R＝{R1,R2,...Rr}，其中r为集合R的势；步骤2，将设计变量进行对球径球数的组合分布分析后，选取需要定性研究的球径球数组合，具体为：步骤2.1，首先对优化解集P中的所有个体的三个目标函数进行最大最小归一化处理，三个目标函数为刚度、摩擦力矩和疲劳寿命，其归一化公式为：Fmj=fmj-fmminfmmax-fmmin---(1)]]>其中,代表个体j第m个目标函数的归一化值，为个体j第m个目标函数的值，为集合P中第m个目标函数的最大最小值；步骤2.2，计算步骤2.1得到的归一化处理后的解集与原始设计参数在三个目标函数上的欧氏距离，其计算公式为：Doj=Σm=1MFmj-Fmo---(2)]]>其中，Doj代表原始设计个体o和当前个体j的欧氏距离，M表示目标函数的个数，表示原始设计个体o的第m个目标函数的归一化值；步骤2.3，输入步骤2.2得到的所有个体与原始设计参数的欧氏距离，排序选取欧式距离最接近原始设计参数的前20％的个体组成集合Q，即Doj最小的前20％的个体，通过集合Q来反应原始设计的设计倾向；同时，计算集合Q中不同个体的球径球数组合R在这20％的个体中的所占比例，ui=|Ii||Q|---(3)]]>其中，Ii为集合Ri在集合Q中个体的数目，ui为集合Ri在集合Q中的占比，得出各集合在集合Q中的占比后，找到在集合Q中数目占比最大的集合Rmax，将该组合的球径球数视为常数，对占比最大的球径球数组合Rmax进行定性研究，将离散变量从设计变量中剔除；步骤3，将步骤2.3得到的球径球数组合Rmax作为当前定性研究的组合，确定该组合设计变量的合理变化范围，具体为：步骤3.1，将组合Rmax中确定的球径球数作为常数，指定公称直径、内外沟曲率系数为设计变量，并且根据约束条件选取这三个设计变量的上下限并依据设计要求的精度给定各个设计变量的波动值εv＝{ε1,ε2,...εV}设定重复次数n＝1，并设定重复次数的上限值N，上限值N根据MOTLBO的稳定性选取；步骤3.2，运用MOTLBO对RV减速器主轴承进行多目标优化，当优化结束后，得到优化集合Pnew，并找到优化集合Pnew中的每个个体的第v个设计变量的最大值与最小值计算并判断的与εv的值的大小；若使得且重复次数n≤N,则认为设计变量的变动范围不满足精度要求，则重复步骤3.2，并令n＝n+1；若均有或若重复次数n>N，则进入步骤4；步骤4，输出步骤3得到的设计变量，即公称直径、内外沟曲率系数及其变动范围，其中，为第v个设计变量的新上限值，为第v个设计变量的新下限值，同时输出最终确定的设计变量的变动范围下得到的优化结果。