[发明专利]一种基于梯度下降法的谐波减速器柔轮结构集成优化方法

说明书

本发明公开了一种基于梯度下降法的谐波减速器柔轮结构集成优化方法，采用梯度下降优化算法对谐波减速器柔轮的关键结构参数进行优化，本方法使用Solidworks对柔轮进行精确建模，建立带齿的柔轮参数化模型；创建.vbs文件，将建立的柔轮参数化模型导出为.igs文件进行ANSYS有限元的分析，提取有限元仿真中的最大应力，采用isight集成Solidworks、ANSYS和MATLAB对柔轮的优化参数、优化目标和约束进行定义，基于梯度下降优化算法对柔轮进行结构优化，最终得到了以柔轮体积最小，寿命达到额定寿命的柔轮结构参数。本发明使用的优化算法大大降低了优化迭代次数，考虑柔轮轮齿对谐波减速器应力和寿命的影响，建立了和实际工作情况相符的带齿的柔轮参数模型。

技术领域

本发明涉及一种基于梯度下降法的谐波减速器柔轮结构集成优化方法，利用isight集成三维建模软件SolidWorks、有限元分析软件ansys和MATLAB软件使用梯度下降优化算法对谐波减速器柔轮进行结构参数优化。

背景技术

谐波齿轮传动是一种依靠柔性齿轮的弹性变形来实现力和运动传递的新型传动方式，一般由波发生器、刚轮和柔轮三个元件组成。谐波齿轮传动具有传动比大、体积小，重量轻，输出力矩大，同轴线，回差小，定位精确，效率高，运动平稳等优点，机器人和航空航天对减速器体积更小、质量更轻的实际应用需求使谐波减速器向更短的轴向尺寸上发展，小体积柔轮谐波减速器成为当今谐波减速器技术的发展趋势之一，本发明提出一种基于梯度下降法的谐波减速器柔轮结构优化方法，以柔轮体积最小为目标对柔轮进行结构参数优化。

由于谐波减速器柔轮和刚轮是小模数齿轮且齿形较复杂，目前，主要是通过简化柔轮来对柔轮应力进行计算，通过添加轮齿啮合系数来考虑轮齿啮合力，利用理论计算公式对柔轮进行优化研究。但是这种优化方法对柔轮进行了简化，所以这种方法不能真实的反映柔轮实际的工作状态和受力情况，导致优化结果的本鞥和实际情况很好的吻合，准确性无法得到很好的保证，优化结果的可靠性有待提高。

发明内容

针对现有柔轮结构优化方法的缺陷，本发明的目的是提出一种基于梯度下降法的谐波减速器柔轮结构集成优化方法，本发明基于梯度下降优化算法(LSGRG)，基于isight软件平台集成三维建模软件SolidWorks、有限元分析软件ansys和数值计算软件MATLAB，对谐波减速器柔轮的关键结构参数进行集成优化，利用SolidWorks三维建模软件建立精确地柔轮、刚轮、波发生器参数化模型，本模型中的柔轮、刚轮具有精确参数的齿形，通过使用ANSYS仿真软件真实模拟柔轮在波发生器预装配和与刚轮啮合过程中的变形和应力情况，通过分析结果，以柔轮体积最小为优化目标，以减速器的额定寿命和运转过程中的扭转刚度为约束条件进行优化。本发明消除了由于简化柔轮模型带来的计算误差，更加真实地模拟减速器的工作状态，提高柔轮结构参数优化的准确性。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于梯度下降法的谐波减速器柔轮结构集成优化方法，本方法的具体步骤如下：

步骤一：使用SolidWorks软件建立谐波减速器关键部件刚轮、柔轮和波发生器的三维模型，为了更加符合谐波减速的实际工作情况，得出更加准确的仿真结果，增加优化结果的可靠性，建立带有精确渐开线齿廓的柔轮和刚轮优化模型，对建立的刚轮、柔轮、波发生器在SolidWorks软件中进行参数化处理，建立参数化三维模型，参数化的主要参数有柔轮的筒体长度L、柔轮内径R、柔轮齿圈前端圆角R1、柔轮齿圈末端圆角R2、光滑圆筒壁厚δ、齿圈壁厚δ₁、齿圈宽度B。

步骤二：建立SolidWorks的.vbs文件，在文件中输入模型参数化处理的命令，对柔轮结构参数进行命名并赋予其优化的初始数值，最后生成ANSYS仿真分析所需要的.igs模型文件。