一种多级圆柱齿轮传动系统尺度与布局耦合优化设计方法技术方案

本发明专利技术的目的在于提供一种多级圆柱齿轮传动系统尺度与布局耦合优化设计方法，包括如下步骤：建立圆柱齿轮对、传动轴、箱体的布局空间模型，并进行全局坐标系的定义；确定多级圆柱齿轮传动系统尺度与布局设计要求；建立多级圆柱齿轮传动系统组合式尺度与布局耦合优化模型；将上述建立的优化模型代入基于排序的粒子群算法RPSO中进行优化问题求解，并输出优化结果。本发明专利技术可通过一次优化运算同时实现多级圆柱齿轮传动系统中具有耦合关系的尺度参数与布局参数的优化设计，从而获得重量更轻、结构更紧凑的多级圆柱传动系统。本发明专利技术适用具有任意传动级数的圆柱齿轮传动系统的尺度与布局耦合优化问题，避免了改变传动级数时的重复建模，大大提升工作效率。大大提升工作效率。大大提升工作效率。

【技术实现步骤摘要】
一种多级圆柱齿轮传动系统尺度与布局耦合优化设计方法


[0001]本专利技术涉及的是一种齿轮设计方法，具体地说是圆柱齿轮传动系统设计方法。

技术介绍

[0002]圆柱齿轮传动系统是用于传递平行轴间动力和运动的一种齿轮传动系统，近年来随着对高减速比齿轮传动系统需求的增加，多级圆柱齿轮传动系统的设计需求与日俱增。传统的设计方法在进行多级圆柱齿轮传动系统的设计时，存在着设计过程复杂，时间成本较高的缺点，且往往无法得到一种最优的设计方案。因此，优化设计作为一种系统化、自动化的设计方法,被越来越多的应用于多级圆柱齿轮传动系统的设计中。
[0003]现有的针对多级圆柱齿轮传动系统的优化设计中，主要是在以齿轮传动系统的重量最轻为优化目标的基础上，对圆柱齿轮和轴的尺度参数，即主/从动轮齿数、法面模数、齿宽或齿宽系数、轴径等，进行优化设计。此类优化设计，忽视了圆柱齿轮和轴的布局对齿轮传动系统重量的影响，即合理的布局可以使传动系统变得更紧凑，从而使箱体变得更小更轻。虽然目前亦有一些针对多级圆柱齿轮传动系统布局优化设计方面的研究，但此类研究是在圆柱齿轮和轴的尺本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多级圆柱齿轮传动系统尺度与布局耦合优化设计方法，其特征是：(1)建立圆柱齿轮对、传动轴、箱体的布局空间模型，并进行全局坐标系的定义；(2)确定多级圆柱齿轮传动系统尺度与布局设计要求；(3)建立多级圆柱齿轮传动系统组合式尺度与布局耦合优化模型；(4)将上述建立的优化模型代入基于排序的粒子群算法RPSO中进行优化问题求解，并输出优化结果。2.根据权利要求1所述的一种多级圆柱齿轮传动系统尺度与布局耦合优化设计方法，其特征是：步骤(1)具体为：圆柱齿轮对、传动轴和箱体布局空间模型的建立包括布局空间形状、布局空间尺度以及定位点的定义，圆柱齿轮对的布局空间形状定义为主\从动轮外包络圆柱体的组合体，布局空间尺度定义为主\从动轮外包络圆柱体的体积之和V
gp
，布局空间定位点定义为主\从动轮外包络圆柱体的几何中心P
op
\P
ow
；传动轴简化为光轴，其布局空间形状定义为光轴的外包络圆柱体，布局空间尺度定义为该圆柱体的体积V
sh
，布局空间定位点定义为光轴的几何中心P
os
；箱体布局空间形状定义为长方体，布局空间尺度定义为该长方体的长L
box
、宽W
box
、高H
box
，布局空间定位点定义为箱体输入轴线与长方体布局空间前端面的交点P
in
，箱体输出轴线与长方体布局空间后端面的交点P
out
，以及箱体长方体布局空间后端面的左上顶点V
lt
和前端面的右下顶点V
rb
；全局坐标系O
g
‑
X
g
Y
g
Z
g
采用右手笛卡尔直角坐标系，并使Z
g
轴方向平行于箱体输入\出轴线方向，坐标原点O
g
位于箱体长方体布局空间后端面的右下顶点，从而在此坐标系下有：式中：与分别为P
in
的X
g
坐标值与Y
g
坐标值，与则分别为P
out
的X
g
坐标值与Y
g
坐标值。3.根据权利要求2所述的一种多级圆柱齿轮传动系统尺度与布局耦合优化设计方法，其特征是：圆柱齿轮对布局空间定位点P
op
和P
ow
以及传动轴布局空间定位点P
os
的计算方法为：为：为：式中：和分别表示第i(j)级圆柱齿轮对P
op,i
(P
op,j
)的X
g
坐标值与Y
g
坐标值，和分别表示第i(j)级圆柱齿轮对P
ow,i
(P
ow,j
)的X
g
坐标值与Y
g
坐标值；L
sh,j
表示第j根传动轴的长度，所有传动轴的长度在数值上皆等于箱体长方体布局空间的宽度，有L
sh,j
＝W
box
。
4.根据权利要求1所述的一种多级圆柱齿轮传动系统尺度与布局耦合优化设计方法，其特征是：多级圆柱齿轮传动系统尺度与布局设计要求的确定包括：传动级数N
s
值的确定，原动机输入功率P和转速n
r
值的确定，总传动比U
tol
值的确定，箱体长方体布局空间的长L
box
、宽W
box
、高H
box
以及值的确定。5.根据权利要求1所述的一种多级圆柱齿轮传动系统尺度与布局耦合优化设计方法，其特征是：步骤(3)具体为：多级圆柱齿轮传动系统组合式尺度与布局耦合优化模型的建立包括组合式设计变量的定义，组合式目标函数的定义以及组合式设计约束的定义，组合式设计变量X定义为圆柱齿轮对局部变量与传动轴局部变量的顺序排列组合，如下所示：式中：x
gp,i
表示第i级圆柱齿轮对的局部变量，它由第i级圆柱齿轮对的尺度变量和布局变量组成，尺度变量包括主动轮齿数z
p,i
、从动轮齿数z
w,i
、法面模数m
n,i
、齿宽系数ψ
i
，布局变量包括主动轮几何中心P
op,i
的Z
g
坐标和圆柱齿轮对绕主动轮轴线的转角θ
i
组成，x
sh,i
表示第j根传动轴的局部变量，由传动轴的尺度变量最小轴径d
sh,j
组成；组合式目标函数F(X)定义为各级圆柱齿轮对布...

【专利技术属性】
技术研发人员：栾圣罡，尹逊民，蒋立冬，武毅，韩琳，刘更，杨小辉，韩冰，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：