[发明专利]一种基于粒子群两层优化的齿轮传动系统设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于粒子群两层优化的齿轮传动系统的设计方法，尤其是涉及一种基于粒子群优化技术的兆瓦级的风力发电机行星传动齿轮箱的设计方法。

背景技术

风力发电机组的主齿轮箱是机组中一个非常重要的机械部件，其内的传动系统传动比大，传递功率高。风电齿轮箱往往安装于偏远的荒野、高山、海域等地，难以到达；齿轮箱所在的机舱空间非常狭小，维修十分不易，而如将齿轮箱从风机上吊装至地面维修，费用难以承受；这就迫使风机齿轮箱比普通齿轮箱有更高的可靠度要求。而风机齿轮箱的损坏约90%是由于某一个齿轮失效，但其造成的损失却大大超过该齿轮本身的价值，这就是风电齿轮箱中常出现的短板效应，因此在优化初期就缩短各齿轮间的寿命差距是十分必要的。

传统的通过人工计算逐一对比和遴选方案的齿轮传动系统优化方法，效率较低且无法保证方案最优。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是：提供一种自动化、精确的基于粒子群两层优化的齿轮传动系统设计方法。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于粒子群两层优化的齿轮传动系统设计方法，其中所述齿轮传动系统包括2个及以上的行星齿轮副或平行齿轮副，或至少1个行星齿轮副和至少1个平行齿轮副的组合；通过粒子群双层优化获得所述齿轮传动系统的优化变量X的最优解g^best；所述优化变量X包括：传动比i、齿数z、模数m、螺旋角β，和齿宽系数所述齿宽系数为工作齿宽与主动齿轮的分度圆直径的比值，

所述齿轮传动系统设计方法包括以下步骤：

a,设定优化的目标函数为f=a₁f_H+a₂f_F,式中，f_H为接触疲劳强度安全系数的标准差，f_F为弯曲疲劳强度安全系数的标准差，a₁、a₂是权重因子，a₁+a₂=1；

b,设定待优化的优化变量为式中，为所有传动比优化变量，为所有齿数优化变量，为所有模数优化变量，为所有螺旋角优化变量，为所有齿宽系数优化变量；

c，设定优化的约束条件；

d，基于前述的目标函数和约束条件，通过粒子群两层优化获得优化变量的最优解g^best：

首先设定粒子群规模n；第一层从规模为k₁*n的粒子群开始优化；

设定第一层粒子群优化的迭代次数g₁；

设定第一层粒子群优化的惯性权重ω₁，学习因子c₁₁和c₁₂；设定第一层粒子群优化的目标函数权重因子a₁₁、a₁₂，其中a₁₁+a₁₂=1；

设定第二层粒子群优化的迭代次数g₂；

设定第二层粒子群优化的惯性权重ω₂，学习因子c₂₁和c₂₂；设定第二层粒子群优化的目标函数权重因子a₂₁、a₂₂，其中a₂₁+a₂₂=1；

其中，a₁₁＞a₁₂，a₂₁＜a₂₂,ω₁＞ω₂，c₁₁＜c₂₁,c₁₂＜c₂₂；

设定第一层粒子群优化的目标函数为f=a₁₁f_H+a₁₂f_F，且第一层粒子群优化的优化变量为第一层粒子群优化后选出符合各约束条件的规模为n的粒子群，并且获得可行的齿数配置方案；

重新设定第二层粒子群优化的新的目标函数f=a₂₁f_H+a₂₂f_F，第二层粒子群优化时将齿数优化变量和传动比优化变量固化，第二层粒子群优化的优化变量为

e，圆整g^best中的模数、计算并圆整齿宽，从而得到全部所述优化变量X的最终数值。

上述方法中，第一层粒子群优化包括以下步骤：