[发明专利]一种基于动态可靠度的齿轮系统公差优化计算方法

权利要求书

1.一种基于动态可靠度的齿轮系统公差优化计算方法，其特征在于：其具体步骤如下：

步骤一：齿轮系统公差退化建模：

根据齿轮系统的设计要求和工艺路线，对齿轮系统的公差参数进行分析，确定影响齿轮性能可靠度的敏感公差参数及齿轮的加工特征、分布特征与成本特征，根据齿轮系统全寿命周期的载荷特征，确定各公差参数随时间的退化规律，

其中，加工特征指通过各种加工手段能够达到的公差参数的范围，分布特征为各公差参数在出厂时刻值所服从的概率分布；

步骤二：建立齿轮系统广义应力模型：

根据齿轮系统工作特征，使用仿真方法确定齿轮在一个工作循环内的最大应力，对敏感公差参数进行抽样，确定敏感公差参数集，并计算每个敏感公差参数的最大应力，建立齿轮敏感公差参数与最大应力之间的函数关系式，得到齿轮公差参数广义应力模型；

步骤三：建立齿轮系统强度退化模型：

根据齿轮的材料、加工特征与分布特征，得到齿轮系统强度退化模型；

步骤四：动态可靠度计算：

根据步骤二得到的齿轮系统广义应力模型和步骤三得到的齿轮系统强度退化模型计算出齿轮系统在各时刻的最大应力和剩余强度值，判断是否失效，并对敏感公差参数进行抽样，针对每个特定时刻，计算齿轮系统的性能可靠度，从而得到齿轮系统每个时刻的性能可靠度，即动态可靠度；

步骤五：建立齿轮公差优化模型：

以齿轮系统的动态可靠度作为优化目标，齿轮的成本以及加工能力作为约束构建齿轮公差优化模型；

步骤六：确定齿轮系统的最佳公差组合：

最后采用遗传算法，求解步骤五确定的齿轮公差优化模型，获得齿轮系统的最佳公差组合。

2.根据权利要求1所述的基于动态可靠度的齿轮系统公差优化计算方法，其特征在于：步骤六中确定齿轮系统的最佳公差的具体方法为：

a.随机抽样初始公差，建立初始公差仿真参数集，并计算动态可靠度；

b.按照遗传算法规则进行淘汰、重组以及变异，得到下一代公差参数组合，反复迭代直至各公差参数组合的动态可靠度趋于稳定，选取其中动态可靠度最高的公差参数组合作为最佳公差参数组合。

3.根据权利要求1所述的基于动态可靠度的齿轮系统公差优化计算方法，其特征在于：步骤一中所述的确定影响性能可靠度的敏感公差参数的具体方法为，对所有公差参数进行敏感性分析，根据各公差参数的改变对齿轮系统工作状态影响大小选择敏感公差参数，将公差参数的改变对齿轮系统工作状态影响大于阈值的公差参数确定为敏感公差参数。

4.根据权利要求1所述的基于动态可靠度的齿轮系统公差优化计算方法，其特征在于：步骤一中所述的加工特征为通过各种加工手段能够达到的公差参数的范围，分布特征为各公差参数在出厂时刻值所服从的概率分布，成本特征为各公差参数大小与其所需成本的函数关系。

5.根据权利要求1所述的基于动态可靠度的齿轮系统公差优化计算方法，其特征在于：步骤二中利用仿真软件对齿轮系统进行建模仿真的具体步骤如下：

a.使用三维建模软件建立齿轮系统的参数化几何模型；

b.将齿轮的参数化几何模型导入到仿真软件中，将各公差参数对应分布特性处理，建立齿轮系统的参数化有限元模型；

c.在仿真软件中设置齿轮系统参数模型的网格，接触选项，确定加载时间和加载位置，对各公差参数进行抽样，建立公差参数仿真集，进行仿真计算，得到最大应力。

6.根据权利要求5所述的基于动态可靠度的齿轮系统公差优化计算方法，其特征在于：步骤二中所述的最大应力为齿面接触应力或齿根弯曲应力。

7.根据权利要求5所述的基于动态可靠度的齿轮系统公差优化计算方法，其特征在于：所述的步骤c中仿真计算的具体方法为采用超拉丁立方抽样方法得到多组敏感公差参数集，并将多组敏感公差参数集代入齿轮系统参数模型进行仿真计算，得到最大应力。