一种基于改进粒子群算法的分动箱齿轮优化设计方法技术

本发明专利技术涉及一种分动箱齿轮的优化设计方法，尤其涉及一种基于改进粒子群算法的分动箱齿轮优化设计方法，适用于串联式混合动力拖拉机分动箱。首先计算分动箱所有齿轮的体积和分动箱总中心距，并作为目标函数，并确定相关变量的约束条件，之后利用改进的粒子群算法快速找到分动箱齿轮全局最优的设计参数。对于改善分动箱整体结构具有重要意义。分动箱整体结构具有重要意义。分动箱整体结构具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】
一种基于改进粒子群算法的分动箱齿轮优化设计方法


[0001]本专利技术涉及一种分动箱齿轮的优化设计方法，尤其涉及一种基于改进粒子群算法的分动箱齿轮优化设计方法，适用于串联式混合动力拖拉机分动箱。

技术介绍

[0002]串联式混合动力拖拉机的分动箱输入、输出端分别与发动机输出端，配套旋耕机输入端相连，是混合动力拖拉机联接配套农机具的关键部分。分动箱结构性能的好坏直接影响着混合动力拖拉机整机性能以及配套旋耕机作业性能。因此找到串联式混合动力拖拉机分动箱齿轮最优设计参数对于提升分动箱作业性能有重要作用。
[0003]分动箱齿轮的设计参数众多，需要优化的目标函数也为多个，在进行齿轮的优化设计时如果对每一个设计参数的每一个可能取值都进行计算再从中选取最优解，那么计算步骤将十分繁杂，且结果并不能保证全局最优，所以找到一种快速收敛且为全局最优的优化算法对于提升分动箱齿轮的优化设计有重要意义。有重要作用。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于：提供一种基于改进粒子群算法的分动箱齿轮优化设计方法。首先计算分动箱所有齿轮的体积和分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于改进粒子群算法的分动箱齿轮优化设计方法，其特征在于：该方法的实现过程如下，步骤1：建立分动箱齿轮的参数化模型，根据机械设计相关理论计算约束条件量，分动箱齿轮模数m、齿数z、第一级减速比i
12
、齿宽系数φ
a
、总中心距a、齿轮与轴不干涉、齿面接触疲劳强度σ
H
、齿根弯曲强度σ
F
；步骤2：确定粒子群的个数，优化参数的优化约束范围，粒子更新速度，惯性权重参数，建立粒子群算法，算法中其中惯性权重与粒子更新的速度将随着局部最优解与全局最优解的改变而实时修正；步骤3：使用matlab编写粒子群算优化程序，计算分动箱齿轮的最优设计参数。2.根据权利要求1所述的一种基于改进粒子群算法的分动箱齿轮优化设计方法，其特征在于：所述的分动箱由输入轴1、中间轴2、输出轴3、输入轴齿轮Z1、中间轴齿轮Z2、Z3、Z5，输出轴齿轮Z4、Z6组成；其中Z1与Z2啮合，Z3、Z5为滑移齿轮；发动机的动力经过轴1传递到中间轴，当滑移齿轮Z3、Z5与轴3上齿轮Z4啮合时，轴3输出一个转速，当与轴3上齿轮Z6啮合时，轴3输出另一个转速；当滑移齿轮、与轴3上齿轮、都不啮合时，轴3没有输出。3.根据权利要求1所述的一种基于改进粒子群算法的分动箱齿轮优化设计方法，其特征在于：该方法的具体实现过程如下，步骤1，目标函数的建立，以分动箱所有齿轮的体积最小和分动箱总中心距最小为优化目标，F1(x)为齿轮总体积的目标函数，F2(x)为齿轮箱总中心距的目标函数，因而有：(x)为齿轮箱总中心距的目标函数，因而有：上式中为d
i
＝mz
i
为齿轮的节圆直径，i＝1，2，3，4，5，6；b
j
＝mz
j
φ
a
为齿宽，j＝1，2，3，4，5，6，z1，z2，z3，z4分别为齿轮Z1、Z2、Z3、Z4的齿数；1.1齿轮齿数z2，z4，z6的计算与分动箱配套使用的发动机的标定转速n
e
是1500r/min，发动机额定功率为36kW，并且当发动机的转速达到标定转速的80％～90％时，经轴1、轴2传递到轴3的抵档、高档转速分别需满足标准转速540r/min或1000r/min，本文在设计时选取百分比为90％，因而有齿轮Z3与Z4，Z5与Z6分别啮合时，分动箱高低档位的传动比满足：分别啮合时，分动箱高低档位的传动比满足：上式中i
34
和i
56
分别为齿轮Z3与Z4啮合，Z5与Z6啮合时，分动箱第二级减速比，因而有：z2＝i
12
·
z1ꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
因而分动箱齿轮优化总的目标函数为：min F(X)＝(F1(X)F2(X))
T
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)需要优化的参数为：X＝[x1，x2，x3，x4，x5，x6]＝[m，z1，z3，z5，i
12
，φ
a
]
T
步骤2，待优化参数的约束条件2.1模数m
i
的限值由分动箱的强度及结构设计确定齿轮模数范围为1～3，即g
1，3，5
(X)＝-(m
1，3，5-1)≤0，g
2，4，6
(X)＝m
2，4，6-3≤0；2.2齿数z1，z3，z5的限制一般用途的齿轮，标准压力角α为20
°
，为避免根切，在此压力角下标准直齿轮的小齿轮齿数应≥17，因而有：g
7，8，9
(X)＝-(z
1，3，5-17)≤02.3第一级减速比i
12
限制g
10
(X)＝-(i
12-1.35)＜0，g
11
(X)＝i
12-2.5＜02.4齿宽系数φ
a
的限制齿宽系数，规定值为0.2，0.25，0.3，0.4，0.5，0.6，0.8，1.0，1.2。有：g
12
(X)＝-(φ
a-0.3)≤0，g
13
(X)＝φ
a-0.6≤02.5总中心距a设计分动箱在设计的串联式混合动力拖拉机中位置安装在发动机和发电机之间，为了避免PTO与发电机干涉，要求输入轴1与输出轴3的距离，即分动箱总中心距大于选用的发电机的宽度270mm，即：g
14
(X)＝-(a-270)≤02.6齿轮与轴不干涉轴1、2、3的轴径分别为d1，d2，d3，因而有齿轮Z2与轴3不干涉，齿轮Z3与轴1不干涉，齿轮Z5与轴1不干涉。同时，齿轮副Z3Z4与Z5Z6的中心距要满足要求，即有：的中心距要满足要求，即有：的中心距要满足要求，即有：g
18
(X)＝a
34-a
56
＝0上式中，d1、d3为轴1、轴3直径，d
a2
，d
a3
，d
a5
分别为齿轮Z2、Z3、Z5的齿顶圆直径，d
a2，3，5
＝(z
2，3，5
+2)
·
m；2.7齿轮副齿面接触疲劳强度约束齿轮副Z1Z2、Z3Z4、Z5Z6的接触疲劳强度约束有：g
19，20，21
(X)＝σ
H12，34，56-[σ

【专利技术属性】
技术研发人员：周润东，华亮，姚春燕，吴利民，张文，周志茹，
申请(专利权)人：南京铁道职业技术学院，
类型：发明
国别省市：