航空用微小型減速裝置多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)及性能分析.pdf

1、航空航天領(lǐng)域迫切需求開發(fā)出一種具有體積小、重量輕、回差小、輸出扭矩大、動(dòng)力學(xué)特性好、傳動(dòng)平穩(wěn)和傳動(dòng)效率高等諸多優(yōu)點(diǎn)的微小型減速裝置，其技術(shù)指標(biāo)要求近乎苛刻本文成功地開發(fā)出一種航空用微小型可調(diào)間隙變厚齒輪RV減速裝置，并對(duì)其進(jìn)行了理論研究和樣機(jī)試驗(yàn)。
　　首先在對(duì)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有減速裝置的多種方案進(jìn)行了全面深入分析，為了實(shí)現(xiàn)輸入輸出軸垂直和苛刻的技術(shù)要求確定了采用RV減速傳動(dòng)形式。確定了圓弧錐齒輪傳動(dòng)(高速級(jí))和變齒厚齒輪傳動(dòng)(低速級(jí))的

2、可調(diào)隙RV減速裝置方案。根據(jù)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法初步確定了減速裝置的結(jié)構(gòu)參數(shù)，運(yùn)用有限元理論及ANSYS軟件對(duì)其關(guān)鍵件進(jìn)行了強(qiáng)度和模態(tài)分析，為此開發(fā)出少齒差變厚齒輪參數(shù)化設(shè)計(jì)軟件，解決了變厚齒輪因各種截面變位系數(shù)不同、左右齒廓參數(shù)完全不同，使其公式復(fù)雜和參數(shù)計(jì)算量大等問(wèn)題。
　　針對(duì)傳統(tǒng)的多目標(biāo)優(yōu)化算法必須通過(guò)線性加權(quán)的方式處理目標(biāo)函數(shù)，只能達(dá)到近似的優(yōu)化問(wèn)題。本文提出一種精確的多目標(biāo)優(yōu)化算法，即改進(jìn)的雙群體差分多層文化粒子群融合算法。在

3、信仰空間的進(jìn)化過(guò)程中，該算法采用“多層空間、擇優(yōu)選用”的策略，避免有時(shí)因信仰空間更新而導(dǎo)致算法陷入局部最優(yōu)的缺點(diǎn)；又在群體空間的進(jìn)化過(guò)程中，采用了改進(jìn)的雙群體進(jìn)化差分的方式，避免丟棄了大量高適應(yīng)度的不可行解，導(dǎo)致優(yōu)化結(jié)果不理想的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了群體的多樣性，并提高了算法的收斂速度。
　　本文對(duì)航空用微小型減速裝置進(jìn)行三目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)，得到了該減速裝置優(yōu)化設(shè)計(jì)的最滿意解。并采用改進(jìn)后的算法解決了該裝置優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)參數(shù)多、各參數(shù)間的相互制約條

4、件多、計(jì)算復(fù)雜和設(shè)計(jì)繁瑣等問(wèn)題，為該微小型減速裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。
　　論文以弧齒錐齒輪系統(tǒng)為研究對(duì)象，對(duì)高速級(jí)弧齒錐齒輪進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)分析。在綜合考慮齒側(cè)間隙、時(shí)變嚙合剛度、傳遞誤差等多種非線性因素的情況下，建立了弧齒錐齒輪副的非線性動(dòng)力學(xué)分析模型。針對(duì)齒輪傳動(dòng)過(guò)程中嚙合剛度的時(shí)變性、剛度激勵(lì)的周期性等特點(diǎn)，在計(jì)算的過(guò)程中提出了將嚙合綜合剛度按五次諧波展開，齒側(cè)間隙非線性描述函數(shù)用七次多項(xiàng)式擬合，通過(guò)無(wú)量綱化處理簡(jiǎn)化了齒輪動(dòng)

5、力學(xué)分析的復(fù)雜非線性微分方程，并對(duì)其進(jìn)行了數(shù)值仿真分析，得到系統(tǒng)的單周期簡(jiǎn)諧、多周期次諧、擬周期和混沌等多種穩(wěn)態(tài)響應(yīng)結(jié)果。結(jié)合響應(yīng)的時(shí)間歷程、相平面圖、Poincaré映射圖和 FFT頻譜圖，對(duì)得到的各類響應(yīng)結(jié)果進(jìn)行了詳細(xì)的分析和比較。
　　針對(duì)減速裝置的傳統(tǒng)可靠性分析方法計(jì)算量巨大、過(guò)程繁瑣等問(wèn)題，本文將改進(jìn)的動(dòng)態(tài)過(guò)程神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與Monte-Carlo方法相結(jié)合，應(yīng)用于減速裝置的可靠性分析中。提出了用改進(jìn)的粒子群算法替換傳統(tǒng)的BP

6、算法，并將其應(yīng)用在給定的全連接過(guò)程神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練過(guò)程中，優(yōu)化了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提高了網(wǎng)絡(luò)的收斂速度和精確度。本文以Henon系統(tǒng)仿真為例驗(yàn)證了改進(jìn)的動(dòng)態(tài)過(guò)程神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的有效性。在對(duì)減速裝置故障樹分析的基礎(chǔ)上，將ICPDPNN和Monte-Carlo方法相結(jié)合，對(duì)航空用可調(diào)間隙變厚齒輪RV減速裝置進(jìn)行了可靠性研究。結(jié)果表明，該減速裝置具有較高的可靠性，完全符合設(shè)計(jì)要求。
　　最后研制一臺(tái)樣機(jī)，并對(duì)其進(jìn)行了效率和振動(dòng)特性的試驗(yàn)，結(jié)果表明其性能