[发明专利]一种基于响应面法对加筋齿轮箱的多目标优化方法

说明书

本发明提供一种基于响应面法对加筋齿轮箱的多目标优化方法。本发明方法，包括如下步骤：绘制减速器模型，所述减速器模型包括上箱盖和下箱体，在箱体上分布有不同数量的筋壳；初始化筋壳的设计变量和参数；将齿轮箱整体尺寸参数作为目标函数输入，并设置约束条件；通过试验设计生成设计点，利用构建的响应面对模型进行优化，生成响应面模型；建立多目标优化问题的数学模型，得到多目标优化的Pareto最优解；设定约束条件和多个目标函数后，设定智能优化算法，优化算法的参数；通过对优化结果和约束条件进行判断。本发明根据不同的优化解对比结果给出了多目标优化的最优解，即最终尺寸参数。本优化方法具有较高的实用性、经济性。

技术领域

本发明涉及加筋齿轮箱设计技术领域，尤其涉及一种基于响应面法对加筋齿轮箱的多目标优化方法。

背景技术

在齿轮箱的实际使用中，为了减少振动产生的异响、局部应力不平均等不良影响，采用加筋板结构的方式来改变机械产品的固有特性与工况，逐渐成为一种低成本、高效益的方法。通过合理添加筋板的加固方法被广泛应用于如：大型船舶机械、航天航空以及汽车等领域。其通常具有质量轻、承载力强、支撑能力高等优势。筋板的使用虽然在机械领域积累了丰富的经验，但许多新的问题也接踵而至，例如：为了改变局部极限应力而增加的筋板，如果采用薄筋板作为受力部件缓解载荷，时常会出现变形甚至断裂的现象，从而失去缓解应力的作用。

发明内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种基于响应面法对加筋齿轮箱的多目标优化方法。本发明采用代理模型代替真实的有限元计算，不仅可以节约设计时间，而且由于其在分析设计空间只需要通过响应面计算近似值，不需要完整计算，对于后续的模型更改、改变目标函数等重新设计模块方面，花费时间更短、修改的简易程度更高。本发明采用的技术手段如下：

一种基于响应面法对加筋齿轮箱的多目标优化方法，包括如下步骤：

步骤1、绘制减速器模型，所述减速器模型包括上箱盖和下箱体，在箱体上分布有不同数量的筋壳；

步骤2、初始化筋壳的设计变量和参数；

步骤3、将齿轮箱整体尺寸参数作为目标函数输入，并设置约束条件；

步骤4、通过试验设计生成设计点，利用构建的响应面对模型进行优化，生成响应面模型；

步骤5、建立多目标优化问题的数学模型，得到多目标优化的Pareto最优解；

步骤6、设定约束条件和多个目标函数后，设定智能优化算法，优化算法的参数；

步骤7、通过对优化结果和约束条件进行判断，若是，则输出优化结果，若否，则返回步骤2。

进一步地，所述步骤1中，基于Solidworks软件进行模型实体的绘制，并将所有设计变量提前采取参数化设置；绘制好的模型导入Ansys workbench进行有限元计算和响应面优化。

进一步地，所述优化设计模型满足轻量化要求，优化设计问题的函数表达式如下：

式中：f为目标函数；M为模型总质量；V_Di为设计变量；V_DL和V_DU分别为各个设计变量的上、下限，a1为模型的质量。

进一步地，优化设计中，模型的首要作用是承担动、静载荷，保证其峰值载荷时也能保证其最大应力不超过许用应力与安全系数之积；其次为了保障其工况下变形量不超过一定限度，避免发生工件的干涉现象，因此将等效应力、总变形选取为目标函数，在此基础上，为避免部件发生共振，应在其允许范围内将一阶固有频率提高到最大水平，以保证整体动态性能。

进一步地，优化结果包括上箱体筋板高度、下箱体大轴承座厚度和下箱体小轴承座厚度。