[发明专利]一种基于粒子群算法的角接触球轴承优化设计方法

说明书

一种基于粒子群算法的角接触球轴承优化设计方法，本方法首先确定轴承的基本参数及轴承的工况条件，然后以角接触球轴承的寿命为优化目标，以轴承内、外滚道沟曲率半径系数f_i和f_o、滚珠数目Z、滚珠直径d_w以及轴承的节圆直径D_m为设计变量，以轴承的刚度要求、滚珠的接触强度要求及轴承尺寸要求为约束条件，建立了优化设计数学模型，最后应用基本粒子群算法对角接触球轴承进行优化，得到轴承5个设计变量的最优解。本发明将粒子群算法应用于角接触球轴承的优化设计中，在轴承满足一定刚度条件下，最大限度提高轴承的寿命，该方法具有准确性高、可靠性强、计算速度快等优点，是一种切实有效的角接触球轴承优化设计方法。

技术领域

本发明是一种基于粒子群算法的角接触球轴承优化设计方法，属于轴承优化设计技术领域。

背景技术

角接触球轴承是一种常见的机械产品，可同时承受径向载荷和轴向载荷，且能在较高转速下工作，因此广泛应用于机床主轴、高频马达、油泵等机电设备。随着时代的进步，科技的发展，高刚度、长寿命成为机械产品发展的方向。在轴承设计过程中，由于缺少适合角接触球轴承的优化方法，人们只能不断地设计、校核，最终达到产品设计要求。这种方法费时费力，因此，发明一种适合角接触球轴承的优化设计方法有着重要的意义。

目前对轴承参数进行优化的方式主要有两种，一是给定各个参数的取值范围，将各个参数随机组合，设计出新的轴承，通过实验确定新轴承的性能参数，经过大量实验，最终得到性能参数较好的轴承设计参数；二是选用适当的优化方法对轴承进行优化，得到最优设计参数。显然，通过大量实验的方式确定最优设计参数，需要耗费大量的实验成本，且耗时较长。相比之下，通过选用优化方法对轴承进行优化，可以较为快速的、准确的得到轴承优化设计参数。

国内外许多专家和学者一直在轴承优化设计技术领域进行不懈地探索与研究，开展了多方面的工作。例如：利用Powell法对单列向心轴承和圆锥滚子轴承进行了优化设计；通过双目标函数优化设计对角接触球轴承的结构参数进行优化，达到额定动载荷与刚度的综合最优。但这些常规非线性优化方法对目标函数要求严格，需要显性表达式或表达式连续可微，且在优化时易于陷于局部最优。为改进这一问题，很多学者应用智能优化算法对轴承进行优化。例如以滚针轴承额定修正寿命为目标函数，采用改进的粒子群算法对多工况下的滚针轴承进行非线性优化设计；对单列球轴承优化设计的约束条件做了详细的分析，以额定动载荷为目标函数，利用遗传算法优化了向心球轴承的结构尺寸；应用一种改进的粒子群算法对圆锥滚子轴承优化设计，得到其最优设计参数等等。

上述研究提出了很多轴承优化的方法，但上述研究对于角接触球轴承优化设计问题的研究较少。因此，本文提出一种基于粒子群算法的角接触球轴承优化设计方法，在满足一定刚度要求的前提下，最大限度提高轴承的寿命。本文以角接触球轴承的寿命为优化目标，以角接触球轴承内外滚道沟曲率半径系数、滚珠数目、滚珠直径以及轴承的节圆直径为设计变量，以角接触球轴承的刚度要求、滚珠的接触强度要求及轴承尺寸要求为约束条件，建立了优化设计数学模型并应用粒子群算法对角接触球轴承进行优化，通过迭代计算，得到其最优设计参数。

本发明是一种基于粒子群算法的角接触球轴承优化设计方法。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于粒子群算法的角接触球轴承优化设计方法，在满足一定刚度要求的前提下，最大限度提高轴承的寿命，并且可以应用于角接触球轴承的设计过程中，提高设计工作的效率。本设计方法首先确定轴承的基本参数及轴承的工况条件，然后以角接触球轴承的寿命为优化目标，以轴承内、外滚道沟曲率半径系数f_i和f_o、滚珠数目Z、滚珠直径d_w以及轴承的节圆直径D_m为设计变量，以轴承的刚度要求、滚珠的接触强度要求及轴承尺寸要求为约束条件，建立了优化设计数学模型，最后应用基本粒子群算法对角接触球轴承进行优化，得到轴承5个设计变量的最优解，即角接触球轴承的最优设计参数。