穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計(jì)理論及其在傳動(dòng)機(jī)械的應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、目前，在設(shè)計(jì)領(lǐng)域逐漸發(fā)展了一種面向產(chǎn)品質(zhì)量、提高產(chǎn)品性能穩(wěn)健性的新的設(shè)計(jì)方法，即穩(wěn)健設(shè)計(jì)。穩(wěn)健設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)是力圖將產(chǎn)品質(zhì)量與設(shè)計(jì)過(guò)程有機(jī)地結(jié)合在一起，在設(shè)計(jì)階段盡可能準(zhǔn)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(zhì)量因素，以減少由于設(shè)計(jì)質(zhì)量問(wèn)題帶來(lái)的反復(fù)修改所造成的人力、物力和時(shí)間上的巨大浪費(fèi)，確保產(chǎn)品質(zhì)量，縮短開(kāi)發(fā)周期，降低產(chǎn)品成本。隨著人們對(duì)于產(chǎn)品質(zhì)量的要求越來(lái)越高，穩(wěn)健設(shè)計(jì)在工業(yè)中的應(yīng)用顯得愈來(lái)愈重要，特別是優(yōu)化設(shè)

2、計(jì)與穩(wěn)健設(shè)計(jì)的結(jié)合正在受到人們的高度關(guān)注。穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計(jì)思想應(yīng)貫穿于整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，在產(chǎn)品的方案設(shè)計(jì)、參數(shù)設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)中都可以運(yùn)用穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法以確保產(chǎn)品的質(zhì)量性能。本論文將穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計(jì)運(yùn)用于傳動(dòng)機(jī)械中，從傳動(dòng)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(shè)計(jì)進(jìn)行了詳細(xì)的分析和闡述，并在此基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)了傳動(dòng)機(jī)械穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)，對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量，縮短產(chǎn)品的研制周期，降低生產(chǎn)成本，增強(qiáng)企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)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(xì)分析了穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計(jì)的基本理論和實(shí)現(xiàn)方法，針對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的特點(diǎn)，建立了穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)的主體框架。將穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)的基本思想運(yùn)用到傳動(dòng)機(jī)械的設(shè)計(jì)中，建立了傳動(dòng)機(jī)械穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)。 （2）在算法選擇上，通過(guò)幾種優(yōu)化算法的分析比較，采用混合離散遺傳算法進(jìn)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(duì)不同的優(yōu)化問(wèn)題，反復(fù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)來(lái)確定其具體值。本論文針對(duì)這個(gè)問(wèn)題，引進(jìn)一種

4、自適應(yīng)遺傳算子，即考慮到群體適應(yīng)度的波動(dòng)，建立交叉概率和變異概率與適應(yīng)度波動(dòng)的關(guān)系，使它們能夠隨適應(yīng)度的波動(dòng)而自動(dòng)改變，這樣避免了原算法的盲目性，同時(shí)提高了算法的精度。 （3）在傳動(dòng)機(jī)械的方案設(shè)計(jì)階段，為了保證方案的穩(wěn)健性，考慮到?jīng)Q策信息的隨機(jī)性和模糊性，以隸屬度的波動(dòng)來(lái)表征方案質(zhì)量屬性的波動(dòng)，由各個(gè)質(zhì)量屬性的波動(dòng)進(jìn)而確定方案的波動(dòng)。 （4）在詳細(xì)設(shè)計(jì)階段，研究傳動(dòng)機(jī)械的主要零部件的參數(shù)設(shè)計(jì)和容差設(shè)計(jì)，分析了決定零部件

5、質(zhì)量性能的功能因素，建立了穩(wěn)健性質(zhì)量準(zhǔn)則函數(shù)，并建立了穩(wěn)健優(yōu)化數(shù)學(xué)模型。如對(duì)于齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)，建立以體積最小及接觸應(yīng)力波動(dòng)最小為目標(biāo)的穩(wěn)健性質(zhì)量準(zhǔn)則函數(shù)，分析齒輪傳動(dòng)的一般解空間，利用一次二階矩法和離差系數(shù)法對(duì)穩(wěn)健優(yōu)化隨機(jī)模型進(jìn)行處理，獲得求解空間的穩(wěn)健可行域，并根據(jù)不同的設(shè)計(jì)要求，建立固定容差模型和變?nèi)莶钅Ｐ?。?duì)于軸系的穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計(jì)，首先根據(jù)軸的受力情況，建立軸的抽象力學(xué)模型，并加以分析?？紤]軸的實(shí)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(shí)在校核滾動(dòng)軸承時(shí)，建立了新的校核條件——軸承穩(wěn)健性壽命計(jì)算條件。對(duì)于滑動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)，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(shè)計(jì)結(jié)果的進(jìn)一步分析，利用VC++對(duì)UG進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)了傳動(dòng)零部件參數(shù)化建模，參數(shù)建模所用的幾何參數(shù)從設(shè)計(jì)結(jié)果數(shù)據(jù)庫(kù)中提取，實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵零部件的快速設(shè)計(jì)。 在上述研究的基礎(chǔ)上，利用Visual C++、UG和SQL開(kāi)發(fā)了傳動(dòng)機(jī)械穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)（RODSODM-I）。