[发明专利]一种推力杆球铰的优化设计方法

权利要求书

1.一种推力杆球铰的优化设计方法，其特征在于：包括如下工艺步骤：

1)，选取优化变量及基因编码：选取塑料层的厚度d，宽度l、塑料层圆角半径r，以及橡胶衬套的轴向预压缩量(Sa)和径向预压缩量(Sr)这5个优化变量；选取的基因型是长度为5的双精度浮点数；所述的Sa、Sr通过kr、ka计算得到，kr和ka分别为球铰的径向刚度和轴向刚度；

2)，确定约束条件；

3)，确定适应度函数：其中，橡胶衬套体积优化的优化子目标定义为：

其中，R为芯轴半径；

球铰刚度优化的优化子目标定义为：

F₂＝(k_r-K_r)²+λ_k(k_a-K_a)²

其中，Kr和Ka分别是球铰径向刚度和轴向刚度的设计平均值；

硫化面积的优化子目标为：

其中，L为橡胶衬套与芯轴硫化区域的切面弧长；

4)，优化计算：将F1、F2和F3作为各子种群的适应度函数，并在MATLAB遗传算法工具箱中采用混合法来进行优化计算，在计算完成后，根据较优解的分布状态及趋势，找到三个子目标适应度函数的数值均最小的那个较优解，此较优解即为问题的最优解。

2.如权利要求1所述的推力杆球铰的优化设计方法，其特征在于：所述步骤1)中，塑料层表面形状为圆柱形，且在边缘设置圆角。

3.如权利要求1所述的推力杆球铰的优化设计方法，其特征在于：所述步骤2)的约束条件具体为：

其中，kr和ka分别为球铰的径向刚度和轴向刚度；a和b分别为球铰径向刚度的合理上下限值；c和e分别为球铰轴向刚度的合理上下限值；f和g分别为基于经验得到的球铰径向刚度和轴向刚度配比的合理上下限值；h和i，j和k以及M和N分别是具体球铰结构参数塑料层的厚度d、宽度l和塑料层圆角半径r的合理上下限值。

4.如权利要求1所述的推力杆球铰的优化设计方法，其特征在于：所述步骤3)中的球铰刚度优化的优化子目标中，

k_r＝-30.459+10.353S_r+10.518S_a-6.885d+0.396l；

k_a＝-43.586+1.946S_r+3.733S_a-0.336d+0.758l。

5.如权利要求1所述的推力杆球铰的优化设计方法，其特征在于：所述步骤4)的优化计算方法具体包括如下步骤：

4-1)，在MATLAB软件中按照步骤3)中的方法建立遗传算法的适应度函数，

4-2)，通过gaoptimset指令调用上述适应度函数的m文件及遗传算法工具箱，并在代码中指定初始种群个体数量等相关初始参数，并制定输出图像的作图指令。