一种直齿圆柱齿轮振动响应优化设计方法技术

本发明专利技术公开了一种直齿圆柱齿轮振动响应优化设计方法，属于齿轮技术领域，包括：基于直齿圆柱齿轮基本参数计算齿轮几何参数，基于齿轮几何参数和约束条件计算优化设计参数取值范围；以齿轮振动响应为评价指标通过G1

【技术实现步骤摘要】
一种直齿圆柱齿轮振动响应优化设计方法


[0001]本专利技术涉及齿轮传动
，是一种直齿圆柱齿轮振动响应优化设计方法。

技术介绍

[0002]直齿轮传动是最重要、应用最广泛的机械传动。随着技术的进步，人们对机械设备减小振动的要求越来越高，作为传动系统重要组成部分的齿轮的振动优化也越来越重要。优化齿轮副的动态响应可以减少零件的振动，减少支撑轴承的负载，减小机械设备的噪声，提高使用寿命。但是齿轮副振动响应较为复杂，而传统的优化方法由于需要给出可微或可导的目标函数或目标函数复杂计算量太大等问题，已经不太适用于解决现在的优化问题。
[0003]为解决上述问题，本专利技术设计了一种直齿圆柱齿轮振动响应优化设计方法以解决上述问题。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术所存在的问题，本专利技术提出了一种直齿圆柱齿轮振动响应优化设计方法。
[0005]本专利技术通过以下的技术方案实现：
[0006]第一方面，本专利技术提供一种直齿圆柱齿轮振动响应优化设计方法，包括：
[0007]基于直齿圆柱齿轮基本参数计算齿轮几何参数，基于齿轮几何参数和约束条件计算优化设计参数取值范围；
[0008]基于所述设计参数取值范围，以齿轮振动响应为评价指标通过G1
‑
变异系数法组合赋权建立优化目标函数；
[0009]根据所述齿轮几何参数和齿轮动力学理论，建立Simulink仿真模型；
[0010]基于所述Simulink仿真模型，采用引力搜索
‑<br/>模拟退火混合算法对所述优化目标函数进行优化求解，得到振动响应最优的直齿圆柱齿轮设计参数。
[0011]在一些实施例中，基于所述Simulink仿真模型，采用引力搜索
‑
模拟退火混合算法对所述优化目标函数进行优化求解，包括：
[0012]S103：基于所述齿轮几何参数，开展承载接触分析得到承载接触特性参数；
[0013]S104：根据所述齿轮几何参数、承载接触特性参数和Simulink仿真模型，开展直齿圆柱齿轮振动响应仿真，得到振动响应数据；
[0014]S105：采用引力搜索
‑
模拟退火混合算法，重复步骤S103～S104，直至求得振动响应最优的直齿圆柱齿轮设计参数。
[0015]在一些实施例中，基于直齿圆柱齿轮基本参数计算齿轮几何参数，基于齿轮几何参数和约束条件计算优化设计参数取值范围，包括：
[0016]S1：基于直齿圆柱齿轮设计要求选取并输入符合设计条件的直齿圆柱齿轮基本参数；
[0017]S2：根据S1中输入的直齿圆柱齿轮基本参数，计算齿轮几何参数；
[0018]S3：根据S1中输入的直齿圆柱齿轮基本参数和S2中计算所得的齿轮几何参数，参照设计要求和设计规范，计算直齿圆柱齿轮设计约束条件；
[0019]S4：根据S3中计算所得的直齿圆柱齿轮设计约束条件，计算优化设计参数取值范围。
[0020]进一步地，在一些实施例中，步骤S1中，所述直齿圆柱齿轮基本参数包括：齿数、模数、齿宽、压力角、齿轮材料剪切弹性模量、传递功率、主动轮转速、齿轮轴孔径；
[0021]步骤S2中，所述齿轮几何参数包括：齿轮分度圆直径、基圆直径、齿顶圆直径、齿根圆直径、齿顶圆压力角、基圆压力角、基圆齿厚、齿轮支撑刚度；
[0022]步骤S3中，所述直齿圆柱齿轮设计约束条件包括：齿轮齿顶厚、齿轮重合度、不产生过度干涉曲线、加工时不根切、加工时不顶切；
[0023]步骤S4中，所述优化设计参数取值范围，包括：齿轮变位系数取值范围、齿轮最大修形量、齿轮修形长度和修形曲线的幂。
[0024]在一些实施例中，根据齿轮几何参数和齿轮动力学理论，建立Simulink仿真模型，包括：
[0025]S6：根据齿轮动力学理论采用齿轮动力学分析方法，建立齿轮动力学模型；
[0026]S7：基于齿轮几何参数和所述齿轮动力学模型建立Simulink仿真模型。
[0027]进一步地，所述齿轮动力学模型包括：
[0028]动力学方程为：
[0029][0030]式中，m
p
、m
g
分别为主、从动轮的质量；
p
、y
g
分别为主、从动轮振动位移；I
p
、I
g
分别为主、从动轮转动惯量；θ
p
、θ
g
分别为主、从动轮振动扭转位移；r
p
、r
g
分别为主、从动轮啮合点半径；c
p
、c
g
分别为主、从动轮支撑阻尼，k
p
、k
g
分别为主、从动轮支撑刚度，T
p
、T
g
分别为主、从动轮扭矩；
[0031]F为齿轮副的啮合力，
[0032][0033]其中k
n
、c
n
为啮合刚度和啮合阻尼，δ为齿轮啮合副因振动和误差而产生的啮合线方向上的相对位移，
[0034]δ＝y
p
‑
y
g
+r
p
θ
p
‑
r
g
θ
g
‑
e(t)
[0035]式中，e(t)为齿轮副传递误差。
[0036]在一些实施例中，以齿轮振动响应为评价指标通过G1
‑
变异系数法组合赋权建立优化目标函数，包括：
[0037]选取动载系数、动态啮合力波动幅值、从动轮振动扭转加速度和从动轮振动位移加速度作为评价指标，通过G1
‑
变异系数法组合赋权得到优化目标函数；
[0038]G1法：对评价指标进行排序，再比较指标间的相对重要度并通过相对重要度赋值表确定重要度比值，根据重要度比值计算G1法权重ω
m
：
[0039][0040]ω
k
‑1＝r
i
ω
k k＝m,m
‑
1,...,3,2
[0041]其中r
i
为第i
‑
1个评价指标与第i个评价指标的相对重要度值，ω
k
为第k个评价指标权重，m表示第m个评价指标；
[0042]其中对评价指标进行排序，按重要性从高到低依次为：动态啮合力&gt;动态啮合力波动幅值&gt;从动轮振动位移加速度&gt;从动轮振动扭转加速度；
[0043]变异系数法：计算评价指标的平均值和标准差，根据平均值和标准差计算评价指标的变异系数V，将变异系数归一化得到变异系数法权重W
n
；
[0044]设组合权重为W＝kW
m
+(1
‑
k)W
n
，其中k为G1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种直齿圆柱齿轮振动响应优化设计方法，其特征在于，包括：基于直齿圆柱齿轮基本参数计算齿轮几何参数，基于齿轮几何参数和约束条件计算优化设计参数取值范围；基于所述设计参数取值范围，以齿轮振动响应为评价指标通过G1
‑
变异系数法组合赋权建立优化目标函数；根据所述齿轮几何参数和齿轮动力学理论，建立Simulink仿真模型；基于所述Simulink仿真模型，采用引力搜索
‑
模拟退火混合算法对所述优化目标函数进行优化求解，得到振动响应最优的直齿圆柱齿轮设计参数。2.根据权利要求1所述的直齿圆柱齿轮振动响应优化设计方法，其特征在于，基于所述Simulink仿真模型，采用引力搜索
‑
模拟退火混合算法对所述优化目标函数进行优化求解，包括：S103：基于所述齿轮几何参数，开展承载接触分析得到承载接触特性参数；S104：根据所述齿轮几何参数、承载接触特性参数和Simulink仿真模型，开展直齿圆柱齿轮振动响应仿真，得到振动响应数据；S105：采用引力搜索
‑
模拟退火混合算法，重复步骤S103～S104，直至求得振动响应最优的直齿圆柱齿轮设计参数。3.根据权利要求1所述的直齿圆柱齿轮振动响应优化设计方法，其特征在于，基于直齿圆柱齿轮基本参数计算齿轮几何参数，基于齿轮几何参数和约束条件计算优化设计参数取值范围，包括：S1：基于直齿圆柱齿轮设计要求选取并输入符合设计条件的直齿圆柱齿轮基本参数；S2：根据S1中输入的直齿圆柱齿轮基本参数，计算齿轮几何参数；S3：根据S1中输入的直齿圆柱齿轮基本参数和S2中计算所得的齿轮几何参数，参照设计要求和设计规范，计算直齿圆柱齿轮设计约束条件；S4：根据S3中计算所得的直齿圆柱齿轮设计约束条件，计算优化设计参数取值范围。4.根据权利要求3所述的直齿圆柱齿轮振动响应优化设计方法，其特征在于，步骤S1中，所述直齿圆柱齿轮基本参数包括：齿数、模数、齿宽、压力角、齿轮材料剪切弹性模量、传递功率、主动轮转速、齿轮轴孔径；和/或，步骤S2中，所述齿轮几何参数包括：齿轮分度圆直径、基圆直径、齿顶圆直径、齿根圆直径、齿顶圆压力角、基圆压力角、基圆齿厚、齿轮支撑刚度；和/或，步骤S3中，所述直齿圆柱齿轮设计约束条件包括：齿轮齿顶厚、齿轮重合度、不产生过度干涉曲线、加工时不根切、加工时不顶切；和/或，步骤S4中，所述优化设计参数取值范围，包括：齿轮变位系数取值范围、齿轮最大修形量、齿轮修形长度和修形曲线的幂。5.根据权利要求1所述的直齿圆柱齿轮振动响应优化设计方法，其特征在于，根据齿轮几何参数和齿轮动力学理论，建立Simulink仿真模型，包括：S6：根据齿轮动力学理论采用齿轮动力学分析方法，建立齿轮动力学模型；S7：基于齿轮几何参数和所述齿轮动力学模型建立Simulink仿真模型。6.根据权利要求5所述的直齿圆柱齿轮振动响应优化设计方法，其特征在于，所述齿轮动力学模型包括：
动力学方程为：式中，m
p
、m
g
分别为主、从动轮的质量；y
p
、y
g
分别为主、从动轮振动位移；I
p
、I
g
分别为主、从动轮转动惯量；θ
p
、θ
g
分别为主、从动轮振动扭转位移；r
p
、r
g
分别为主、从动轮啮合点半径；c
p
、c
g
分别为主、从动轮支撑阻尼，k
p
、k
g
分别为主、从动轮支撑刚度，T
p
、T
g
分别为主、从动轮扭矩；F为齿轮副的啮合力，其中k
n
、c
n
为啮合刚度和啮合阻尼，δ为齿轮啮合副因振动和误差而产生的啮合线方向上的相对位移，δ＝y
p
‑
y
g
+r
p
θ
p
‑
r
g
...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱林岳，侯祥颖，高树申，李政民卿，张红，张健，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：