[发明专利]一种基于粒子群两层优化的齿轮传动系统设计方法

摘要

本发明提供了一种基于粒子群两层优化的齿轮传动系统设计方法，包括如下步骤设定优化的目标函数；设定待优化的优化变量；设定优化的约束条件；通过粒子群两层优化获得优化变量的最优解gbest。本发明使用粒子群两层优化获得齿轮传动系统的优化变量，第一层优化侧重于满足所有外齿轮接触疲劳强度安全系数的标准差较小的要求，并获取可行的齿数方案；第二层优化侧重于满足所有外齿轮的弯曲疲劳强度安全系数标准差较小的要求，并得出包括所有设计变量在内的细化配置方案。本发明使得优化的齿轮传动系统在满足各项强度指标的同时，各个外齿轮的寿命差距较小，能够有效避免齿轮传动系统中常出现的短板效应，提高齿轮传动系统的可靠性。

主权项

一种基于粒子群两层优化的齿轮传动系统设计方法，所述齿轮传动系统包括2个及以上的行星齿轮副或平行齿轮副，或至少1个行星齿轮副和至少1个平行齿轮副的组合；通过粒子群双层优化获得所述齿轮传动系统的优化变量X的最优解gbest；所述优化变量X包括：传动比i、齿数z、模数m、螺旋角β，和齿宽系数所述齿宽系数为工作齿宽与主动齿轮的分度圆直径的比值，其特征在于，所述齿轮传动系统设计方法包括以下步骤：a,设定优化的目标函数为f＝a1fH+a2fF,式中，fH为接触疲劳强度安全系数的标准差，fF为弯曲疲劳强度安全系数的标准差，a1、a2是权重因子，a1+a2＝1；b,设定待优化的优化变量为式中，为所有传动比优化变量，为所有齿数优化变量，m)为所有模数优化变量，为所有螺旋角优化变量，为所有齿宽系数优化变量；c，设定优化的约束条件；d，基于前述的目标函数和约束条件，通过粒子群两层优化获得优化变量的最优解gbest：首先设定粒子群规模n；第一层从规模为k1*n的粒子群开始优化；设定第一层粒子群优化的迭代次数g1；设定第一层粒子群优化的惯性权重ω1，学习因子c11和c12；设定第一层粒子群优化的目标函数权重因子a11、a12，其中a11+a12＝1；设定第二层粒子群优化的迭代次数g2；设定第二层粒子群优化的惯性权重ω2，学习因子c21和c22；设定第二层粒子群优化的目标函数权重因子a21、a22，其中a21+a22＝1；其中，a11>a12，a21<a22,ω1>ω2，c11<c21,c12<c22；设定第一层粒子群优化的目标函数为f＝a11fH+a12fF，且第一层粒子群优化的优化变量为第一层粒子群优化后选出符合各约束条件的规模为n的粒子群，并且获得可行的齿数配置方案；重新设定第二层粒子群优化的新的目标函数f＝a21fH+a22fF，第二层粒子群优化时将齿数优化变量和传动比优化变量固化，第二层粒子群优化的优化变量为e，圆整gbest中的模数、计算并圆整齿宽，从而得到全部所述优化变量X的最终数值。