穩(wěn)健優(yōu)化設計理論及其在傳動機械的應用關鍵技術研究.pdf

1、目前，在設計領域逐漸發(fā)展了一種面向產(chǎn)品質量、提高產(chǎn)品性能穩(wěn)健性的新的設計方法，即穩(wěn)健設計。穩(wěn)健設計的出發(fā)點是力圖將產(chǎn)品質量與設計過程有機地結合在一起，在設計階段盡可能準確地把握用戶需求，及早地考慮到產(chǎn)品全壽命周期內(nèi)下游階段的眾多質量因素，以減少由于設計質量問題帶來的反復修改所造成的人力、物力和時間上的巨大浪費，確保產(chǎn)品質量，縮短開發(fā)周期，降低產(chǎn)品成本。隨著人們對于產(chǎn)品質量的要求越來越高，穩(wěn)健設計在工業(yè)中的應用顯得愈來愈重要，特別是優(yōu)化設

2、計與穩(wěn)健設計的結合正在受到人們的高度關注。穩(wěn)健優(yōu)化設計思想應貫穿于整個設計過程中，在產(chǎn)品的方案設計、參數(shù)設計和工藝設計中都可以運用穩(wěn)健優(yōu)化設計的方法以確保產(chǎn)品的質量性能。本論文將穩(wěn)健優(yōu)化設計運用于傳動機械中，從傳動的總體性能的穩(wěn)健性分析到主要零部件的穩(wěn)健優(yōu)化設計進行了詳細的分析和闡述，并在此基礎上開發(fā)了傳動機械穩(wěn)健優(yōu)化設計系統(tǒng)，對提高產(chǎn)品質量，縮短產(chǎn)品的研制周期，降低生產(chǎn)成本，增強企業(yè)的市場競爭與生存能力具有非常重要的意義。本論文主要完

3、成的內(nèi)容有： （1）詳細分析了穩(wěn)健優(yōu)化設計的基本理論和實現(xiàn)方法，針對產(chǎn)品設計開發(fā)的特點，建立了穩(wěn)健優(yōu)化設計系統(tǒng)的主體框架。將穩(wěn)健優(yōu)化設計系統(tǒng)的基本思想運用到傳動機械的設計中，建立了傳動機械穩(wěn)健優(yōu)化設計系統(tǒng)。 （2）在算法選擇上，通過幾種優(yōu)化算法的分析比較，采用混合離散遺傳算法進行尋優(yōu)。在遺傳算法中，交叉概率和變異概率是非常重要的參數(shù)，一般情況下是針對不同的優(yōu)化問題，反復進行實驗來確定其具體值。本論文針對這個問題，引進一種

4、自適應遺傳算子，即考慮到群體適應度的波動，建立交叉概率和變異概率與適應度波動的關系，使它們能夠隨適應度的波動而自動改變，這樣避免了原算法的盲目性，同時提高了算法的精度。 （3）在傳動機械的方案設計階段，為了保證方案的穩(wěn)健性，考慮到?jīng)Q策信息的隨機性和模糊性，以隸屬度的波動來表征方案質量屬性的波動，由各個質量屬性的波動進而確定方案的波動。 （4）在詳細設計階段，研究傳動機械的主要零部件的參數(shù)設計和容差設計，分析了決定零部件

5、質量性能的功能因素，建立了穩(wěn)健性質量準則函數(shù)，并建立了穩(wěn)健優(yōu)化數(shù)學模型。如對于齒輪傳動設計，建立以體積最小及接觸應力波動最小為目標的穩(wěn)健性質量準則函數(shù)，分析齒輪傳動的一般解空間，利用一次二階矩法和離差系數(shù)法對穩(wěn)健優(yōu)化隨機模型進行處理，獲得求解空間的穩(wěn)健可行域，并根據(jù)不同的設計要求，建立固定容差模型和變?nèi)莶钅Ｐ?。對于軸系的穩(wěn)健優(yōu)化設計，首先根據(jù)軸的受力情況，建立軸的抽象力學模型，并加以分析。考慮軸的實際工作情況，建立軸的抗疲勞成本——公差

6、穩(wěn)健優(yōu)化模型。同時在校核滾動軸承時，建立了新的校核條件——軸承穩(wěn)健性壽命計算條件。對于滑動軸承的設計，建立了參數(shù)變差靈敏度的穩(wěn)健優(yōu)化模型。 （5）為了便于設計結果的進一步分析，利用VC++對UG進行二次開發(fā)，實現(xiàn)了傳動零部件參數(shù)化建模，參數(shù)建模所用的幾何參數(shù)從設計結果數(shù)據(jù)庫中提取，實現(xiàn)了關鍵零部件的快速設計。 在上述研究的基礎上，利用Visual C++、UG和SQL開發(fā)了傳動機械穩(wěn)健優(yōu)化設計系統(tǒng)（RODSODM-I）。