一种RV减速器正向设计方法技术

本发明专利技术涉及一种RV减速器正向设计方法，属于减速器正向设计领域。该方法包括：S1：建立RV减速器优化模块，根据RV减速器的基本性能参数初算结构参数，通过目标函数与约束条件建立相应的化结构优模型，利用差分进化算法求取一组pareto最优解，采用多目标评价法从pareto解集中选择最优解；S2：建立RV减速器参数化建模系统，生成RV减速器各部件的三维模型；S3：建立RV减速器有限元分析模块，利用RV减速器的三维模型进行接触强度分析及扭转刚度分析，并确定RV减速器设计方案。本发明专利技术简化了RV减速器设计流程、提高建模效率、降低实验成本。

【技术实现步骤摘要】
一种RV减速器正向设计方法
本专利技术属于减速器正向设计领域，涉及一种RV减速器数字化正向设计方法。
技术介绍
RV减速器是机器人的核心技术之一，随着制造技术的发展，由于其质量轻、体积小、传动比大、精度高、效率高、刚度高等优点，RV减速器逐渐应用于机床、医疗器械、航空航天等领域。RV减速器的设计参数复杂，约束条件众多，采用传统方法设计的准确性难以保证，且RV减速器的实验周期长、难度大，难以实现快速稳健的设计。进化算法作为一种鲁棒性强、收敛性好、并行性高的优化方法，适于解决RV减速器关键参数设计这类求解参数多、变量空间大的多目标优化问题。基于进化算法求解得到的最优解集需要进一步筛选的问题，采用熵权法这一多目标评价对解集进行了赋权。数字化正向设计技术是以数字化为核心完成产品设计过程中各项工作(如结构件参数化设计、关键参数优化设计、零件设计建模、强度校核计算、有限元分析等)的新型设计技术,一直是机械产品设计制造领域的热门研究内容。随着设计理论的逐渐成熟和计算机技术的高速发展，数字化设计方法越来越受到重视。现有的主流设计方式还是基于二维或三维绘图软件的手动绘图，缺乏自动化的模型生成手段，导致不能快速地响应市场需求。RV减速器的接触应力、扭转刚度等性能指标决定了减速器性能的优劣，传统实验方法成本高、周期长，不能适应快速变化的市场。因此，亟需一种新的RV减速器设计方法，通过构建了一种RV减速器三维建模系统，实现了系列产品的参数化设计，满足了快速设计的要求。还通过编制有限元仿真分析模块，将三维模型导入模块进行求解，利用减速器三维数字样机模型进行性能仿真验证,根据仿真结果选定RV减速器的设计方案，提高了产品开发效率、降低了实验成本。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种RV减速器正向设计方法，解决了RV减速器关键参数设计这类求解参数多、变量空间大的多目标优化问题。实现了系列产品的参数化设计，满足了快速设计的要求。提高了建模效率、降低了实验成本，最终取得最大化的企业效益为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种RV减速器正向设计方法，具体包括以下步骤：S1：建立RV减速器优化模块，根据RV减速器的基本性能参数初算结构参数，通过目标函数与约束条件建立相应的化结构优模型，利用差分进化算法求取一组pareto最优解，采用多目标评价法从pareto解集中选择最优解；S2：建立RV减速器参数化建模系统，生成RV减速器各部件的三维模型；S3：建立RV减速器有限元分析模块，利用RV减速器的三维模型进行接触强度分析及扭转刚度分析，并确定RV减速器设计方案。进一步，所述步骤S1中，根据RV减速器的基本性能参数初算结构参数，通过目标函数与约束条件建立相应的结构优化模型，具体包括：根据RV减速器的基本性能参数，即输入功率P、输入转速n、行星轮个数np和输出扭矩T2，初选中心轮齿数、一级传动比、针轮齿数和中心距范围等基本参数；建立结构参数与效率、体积、质量、扭转刚度、传动误差和整机寿命等性能参数的函数关系，并根据渐开线行星传动机构、转臂轴承及摆线针轮传动机构的约束条件得到RV减速器结构优化模型。进一步，步骤S1中，所述差分进化算法采用实数编码种群，首先根据自变量范围矩阵生成实数值种群R，采用SBX，生成两个子代染色体；子代染色体采用差分变异算子，表达式为：其中，F为控制差向量的比例因子，t为进化代数，为个体向量的第i维变量；xj(t)为个体向量的第j维变量，其中，随机数j∈{r1,r2,r3}，r1、r2、r3∈N且随机；利用Kriging代理模型计算约束条件下可行解列向量对应的目标函数值，并根据拥挤距离选择一组pareto最优解。进一步，步骤S1中，所述Kriging代理模型，表达式如下：y(x)＝F(β,x)+z(x)＝fT(x)β+z(x)其中，F(β,x)为自变量空间的全局模型，z(x)为随机分布的局部偏差，fT(x)是由多项式基函数合成的矢量，β为回归参数矢量；设计拉丁超立方抽样表获取一组结构参数样本点，并通过有限元计算得到对应性能参数，用于拟合Kriging代理模型。进一步，步骤S1中，所述多目标评价法采用熵权法，熵权法是一种客观赋权方法，利用决策指标的熵计算熵权值，在i个性能指标X1,X2,···,Xi，j个pareto最优解的评价问题中，第m个性能指标Xm＝{x1,x2,···,xj}，Xm的熵Hm定义为：其中rmn为标准化后的指标，指标的熵越大，熵权值越小，第m个性能指标的熵权值wm定义为：利用熵权值对各性能指标进行加权，即可得到较为客观的pareto最优解。进一步，所述步骤S2具体包括：建立RV减速器参数化建模系统，该系统包括用户界面、数据库及尺寸驱动的RV减速器模型；将采用多目标评价法得到的pareto最优解输入用户界面，并结合数据库中的其它结构参数生成摆线轮和针齿壳等零件的三维模型；所述用户界面采用三维建模软件UG的BlockUIStyler实现，通过C++编程语言完成用户界面编辑，及尺寸参数的定义，最后采用VisualStudio对程序进行编译与链接；所述数据库采用ODBC数据库，通过ADO实现内外部数据的互通，以及用户界面与模型间的参数传递。所述尺寸驱动的RV减速器模型将创建三维模型的过程分解，分别对针对特征、对象、实体的操作进行函数化处理，采用二维工程图尺寸驱动三维模型的尺寸，通过用户界面输入关键参数即可驱动RV减速器参数化建模系统生成三维零件图。进一步，所述步骤S3具体包括：建立RV减速器有限元分析模块，该系统包括图形界面、python前处理程序及后处理模块；将参数化建模系统生成的三维模型导入有限元分析模块，通过操作图形界面调用前处理程序进行计算并通过后处理模块返回结果，并依据有限元仿真结果确定RV减速器设计方案；所述图形界面采用AbaqusGUI创建，通过Python语言完成图形界面的编辑，以及控件的定义，采用RSGBuilder生成菜单插件，通过脚本接口实现图形界面与前处理程序的通信；所述python前处理程序建立了包含RV减速器实体导入、应力加载、网格划分的有限元分析流程，用Fortran将建模中的参数替换为抽象出的特征参数，构建参数可调的有限元分析模块；根据实际工况为特征参数赋值，并对接触应力、扭转刚度等指标进行有限元分析求解；所述后处理模块，Fortran子程序将求解结果返回后处理界面，通过此界面获取相关计算结果，如针齿壳、摆线轮的应力、应变云图等。本专利技术的有益效果在于：(1)本专利技术采用的进化算法作为一种鲁棒性强、收敛性好、并行性高的优化方法，适于解决RV减速器关键参数设计这类求解参数多、变量空间大的多目标优化问题。基于进化算法求解得到的最优解集需要进一步筛选的问题，采用熵权法这一多目标评价对解集进行了赋权及筛选。(2)本专利技术构建了一种RV减速器三维建模系统，实现了系列产品的参数化设计，满足了快速设计的要求。(3)本专利技术通过编制有限元仿真分析模块，将三维模型导入模块进行求解，根据仿真结果选定RV减速器的设计方案，提高了建模效率、降低了实验成本。本专利技术的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种RV减速器正向设计方法，其特征在于，具体包括以下步骤：S1：建立RV减速器优化模块，根据RV减速器的基本性能参数初算结构参数，通过目标函数与约束条件建立相应的化结构优模型，利用差分进化算法求取一组pareto最优解，采用多目标评价法从pareto解集中选择最优解；S2：建立RV减速器参数化建模系统，生成RV减速器各部件的三维模型；S3：建立RV减速器有限元分析模块，利用RV减速器的三维模型进行接触强度分析及扭转刚度分析，并确定RV减速器设计方案。

【技术特征摘要】
1.一种RV减速器正向设计方法，其特征在于，具体包括以下步骤：S1：建立RV减速器优化模块，根据RV减速器的基本性能参数初算结构参数，通过目标函数与约束条件建立相应的化结构优模型，利用差分进化算法求取一组pareto最优解，采用多目标评价法从pareto解集中选择最优解；S2：建立RV减速器参数化建模系统，生成RV减速器各部件的三维模型；S3：建立RV减速器有限元分析模块，利用RV减速器的三维模型进行接触强度分析及扭转刚度分析，并确定RV减速器设计方案。2.根据权利要求1所述的一种RV减速器正向设计方法，其特征在于，所述步骤S1中，根据RV减速器的基本性能参数初算结构参数，通过目标函数与约束条件建立相应的结构优化模型，具体包括：根据RV减速器的基本性能参数，即输入功率P、输入转速n、行星轮个数np和输出扭矩T2，初选中心轮齿数、一级传动比、针轮齿数和中心距范围；建立结构参数与效率、体积、质量、扭转刚度、传动误差和整机寿命的函数关系，并根据渐开线行星传动机构、转臂轴承及摆线针轮传动机构的约束条件得到RV减速器结构优化模型。3.根据权利要求2所述的一种RV减速器正向设计方法，其特征在于，步骤S1中，所述差分进化算法采用实数编码种群，首先根据自变量范围矩阵生成实数值种群R，采用模拟二进制单点交叉(simulatedbinarycrossover,SBX)，生成两个子代染色体；子代染色体采用差分变异算子，表达式为：其中，F为控制差向量的比例因子，t为进化代数，为个体向量的第i维变量；xj(t)为个体向量的第j维变量，其中，随机数j∈{r1,r2,r3}，r1、r2、r3∈N且随机；利用Kriging代理模型计算约束条件下可行解列向量对应的目标函数值，并根据拥挤距离选择一组pareto最优解。4.根据权利要求3所述的一种RV减速器正向设计方法，其特征在于，步骤S1中，所述Kriging代理模型，表达式如下：y(x)＝F(β,x)+z(x)＝fT(x)β+z(x)其中，F(β,x)为自变量空间的全局模型，z(x)为随机分布的局部偏差，fT(x)是由多项式基函数合成的矢量，...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈兵奎，缪嘉成，李朝阳，黄健，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50