[发明专利]一种螺旋锥齿轮齿面加载性能多目标优化方法

权利要求书

1.一种螺旋锥齿轮齿面加载性能多目标优化方法，其特征在于包括以下步骤：

1)建立螺旋锥齿轮齿面加载性能多目标优化问题的数学模型，并获取试验设计样本点；

2)建立考虑齿根弯曲应力的齿面加载接触分析方法，对各试验设计样本点进行齿面加载接触分析，得到各试验设计样本点所对应的目标函数和约束函数的响应值，从而获得包括各试验设计样本点及其对应的响应值的初始样本点集；

所述步骤2)中，建立考虑齿根弯曲应力的齿面加载接触分析方法的步骤包括：

2.1)基于试验设计样本点，采用现有的齿面接触分析方法划分齿轮粗糙网格有限元模型，并计算得到不考虑齿根弯曲应力的齿面载荷分布；

2.2)对划分的齿轮粗糙网格有限元模型进行细化，得到用于计算齿根弯曲应力的精细网格有限元模型；

2.3)将步骤2.1)中得到的齿面载荷分布施加到步骤2.2)中的用于计算齿根弯曲应力的精细网格有限元模型的网格节点上；

2.4)对迭代时刻为t时的精细网格有限元模型进行计算，并返回该时刻的齿根弯曲应力的计算结果；

2.5)判断是否是最后时刻：当迭代时刻t未到达最后时刻时，更新迭代时刻t_n＝t+1，并在新的迭代时刻t_n重复上述步骤2.2)～2.4)；当迭代时刻t到达最后时刻时，计算完成，得到各试验设计样本点对应的目标函数和约束函数的响应值；

3)基于初始样本点集拟合Kriging代理模型，对螺旋锥齿轮齿面加载性能多目标优化问题的数学模型进行求解，得到螺旋锥齿轮齿面加载性能多目标优化问题的最优解集。

2.如权利要求1所述的一种螺旋锥齿轮齿面加载性能多目标优化方法，其特征在于：所述步骤1)中，试验设计样本点的获取方法包括以下步骤：

1.1)建立螺旋锥齿轮齿面加载性能多目标优化问题的数学模型，确定其设计变量、目标函数及约束函数；

1.2)确定步骤1.1)中各设计变量的取值范围；

1.3)根据设计变量的取值范围进行拉丁超立方试验设计，建立试验设计样本点。

3.如权利要求2所述的一种螺旋锥齿轮齿面加载性能多目标优化方法，其特征在于：所述步骤1.1)中，建立螺旋锥齿轮齿面加载性能多目标优化问题的数学模型的方法，包括以下步骤：

1.1.1)确定螺旋锥齿轮齿面加载性能多目标优化问题的设计变量，包括预控传动误差曲线系数、接触迹线斜率和接触半宽；

1.1.2)确定螺旋锥齿轮齿面加载性能多目标优化问题的目标函数，包括齿面最大接触应力和加载传动误差峰峰值；

1.1.3)确定螺旋锥齿轮齿面加载性能多目标优化问题的约束函数，包括小轮和大轮的齿根最大弯曲应力以及实际加载接触区位于理想接触区外的面积；

1.1.4)根据确定的设计变量、目标函数和约束函数，得到螺旋锥齿轮齿面加载性能多目标优化问题的数学模型。

4.如权利要求3所述的一种螺旋锥齿轮齿面加载性能多目标优化方法，其特征在于：所述步骤1.1.4)中，螺旋锥齿轮齿面加载性能多目标优化问题的数学模型为：

式中，a为预控传动误差曲线系数；k_s为接触迹线斜率；b为接触半宽；σ_c为齿面最大接触应力；LTE为加载传动误差峰峰值；△S为实际加载接触区位于理想接触区外的面积；△S_max为设定容差；σ_p和σ_g分别为小轮和大轮的齿根最大弯曲应力；σ_bmax为设定的最大弯曲应力许用值；k_min,k_max,a_min,a_max,b_min,b_max分别为各变量对应的取值上下限。