接觸網(wǎng)檢修作業(yè)車車軸齒輪箱可靠性優(yōu)化設(shè)計.pdf

1、本文對新型接觸網(wǎng)檢修作業(yè)車車軸齒輪箱進行設(shè)計。為確保其性能好、成本低、可靠性高,設(shè)計時采用了一種可靠性設(shè)計與優(yōu)化設(shè)計相結(jié)合的新型設(shè)計方法——可靠性優(yōu)化設(shè)計法。該方法彌補了優(yōu)化設(shè)計不能真實反映運行工況的缺陷,解決了可靠性設(shè)計往往得不到最優(yōu)解的問題。
　　由于期望可靠度的取值將影響優(yōu)化解可行域的大小,所以應(yīng)在考慮系統(tǒng)性能、成本等的基礎(chǔ)上精心設(shè)計,這在實際工程中難度較高。為避免經(jīng)驗不足造成取值不當(dāng),本文采用以可靠度既為約束條件又為目標(biāo)函

2、數(shù),并以齒輪箱體積最小也為目標(biāo)函數(shù)的雙目標(biāo)可靠性優(yōu)化模型。通過與以可靠度為約束條件的優(yōu)化模型、以可靠度為目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化模型的優(yōu)化解對比,驗證了所選模型更能體現(xiàn)車軸齒輪箱的設(shè)計理念,即在確保性能高、成本低的條件下,齒輪箱的可靠性盡量高。
　　由于影響車軸齒輪箱可靠度與體積的關(guān)鍵元素是齒輪,所以本文在建立可靠性優(yōu)化數(shù)學(xué)模型時,以齒輪的可靠度和體積作為目標(biāo)函數(shù),以齒輪的各參數(shù)作為設(shè)計變量,約束條件包括了邊界約束條件和可靠性約束條件。為便

3、于計算,本文通過引入權(quán)重系數(shù)將雙目標(biāo)函數(shù)處理為單目標(biāo)函數(shù)。由建立的數(shù)學(xué)模型可知,這是非線性有約束多元函數(shù)最小化問題,可采用比懲罰函數(shù)法更優(yōu)的序列二次規(guī)劃算法進行求解。該算法收斂速度快、效率高、算法可靠,且編程簡單,可在MATLAB中直接調(diào)用fmincon函數(shù)進行求解。
　　本設(shè)計按四個步驟完成。首先,根據(jù)設(shè)計要求完成車軸齒輪箱的初步設(shè)計,并基于SolidWorks2013,對其進行三維仿真建模;其次,通過強度校核與可靠性分析,驗證

4、其滿足設(shè)計要求,從而完成齒輪箱的傳統(tǒng)設(shè)計;然后,以傳統(tǒng)設(shè)計的齒輪箱為初值,進行可靠性優(yōu)化設(shè)計,并用最優(yōu)解去修改傳統(tǒng)設(shè)計,得到設(shè)計最優(yōu)的車軸齒輪箱;最后,對優(yōu)化后的車軸齒輪箱進行可靠性分析,對箱體進行模態(tài)分析,計算箱體發(fā)生共振時的齒輪箱輸入轉(zhuǎn)速,以便工作時避開該轉(zhuǎn)速,有效地降低噪音,提高齒輪箱使用壽命。
　　通過對比發(fā)現(xiàn):可靠性優(yōu)化設(shè)計的車軸齒輪箱較傳統(tǒng)設(shè)計的齒輪箱體積減少了9.13％,在1年的使用壽命周期內(nèi),可靠度提升了2.217