专利名称：一种减速器的优化设计方法
技术领域：
本发明涉及一种基于试验设计(Design of Experiments,简称DOE)和梯度法(Gradient Optimization,简称GO)的减速器优化设计方法,属于机械设计与自动化领域。
背景技术：
减速器是原动机和工作机之间的独立的闭式传动装置，用来降低转速和增大转矩，以满足工作需要。减速器的优化设计目标主要是在满足减速器中转轴和齿轮的大量约束的同时，使得减速器体积最小(质量最轻)。现有的研究一定程度上改进了减速器的性能，但是仍然存在优化模型复杂、优化效率低等问题，很难令性能达到最优的结果。
发明内容
发明目的:为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于试验设计和梯度法的减速器优化设计方法，该方法运用试验设计进行初步寻优，并将试验设计所得的初步优化解作为后续梯度法的初始值进一步深入优化，利用梯度法的高寻优速度最终取得全局优化解，提高减速器的优化效率，并且能够避免陷入局部解、提升优化精度。技术方案:为实现上述目的，本发明采用的技术方案为:一种减速器的优化设计方法，首先确定减速器的设计变量、体积的目标函数、转轴和齿轮部分的约束条件，然后按如下步骤进行优化设计:(I)试验设计优化阶段:运用试验设计在可行域中对减速器的设计变量进行初步寻优，获得一组初步优化解；(2)优化值传递步骤:从步骤(I)中获得的一组初步优化解中，选出令目标函数值最优的一个初步优化解，作为梯度法中各变量的初始值；(3)梯度法优化阶段:基于步骤(2)获得的初始值，首先采用梯度法对目标函数进行优化，并反复在初始值周围的局部区域寻找新的初始值进行迭代，并对改进后的目标函数继续进行优化，最后得到令目标函数最优的全局最优解。上述步骤(2)为本方法的一个关键步骤，其将试验设计和梯度法联系在一起，一方面解决了试验设计的精度受试验点数制约的问题，另一方面能够避免设计者由于初始值的选定所导致的梯度法陷入局部解的问题，在效率和精度方面都使得减速器的设计得到了改
盡
口 o试验设计和梯度法均存在多种可选择算法，下面以拉丁超立方设计(试验设计)和序列二次规划法(梯度法)的组合从原理上对本发明的可行性进行验证。优化问题模型miny=f (x)
s.t.Ci (x) =0 i G E= {I, 2, mj (I)Ci (X) > 0 i G I={me+1,试验设计优化阶段--拉丁超立方设计
用已知的累积分布函数/、(>:)描述每一个输入变量Xi (i = 1,2,…，n)，并将第i个输入变量Xi的累积分布函数A (X)的范围分为N个非搭接的区间Su (j=l，2，…，N)，每
个区间由概率Pu表征:Pij=P (Xi e Sij.) (2)并且:
权利要求
1.一种减速器的优化设计方法，其特征在于:首先确定减速器的设计变量、体积的目标函数、转轴和齿轮部分的约束条件，然后按如下步骤进行优化设计: (1)试验设计优化阶段:运用试验设计在可行域中对减速器的设计变量进行初步寻优，获得一组初步优化解； (2)优化值传递步骤:从步骤(I)中获得的一组初步优化解中，选出令目标函数最优的一个初步优化解，作为梯度法的初始值； (3)梯度法优化阶段:基于步骤(2)获得的初始值，首先采用梯度法对目标函数进行优化，并反复在初始值周围的局部区域寻找新的初始值进行迭代，并对改进后的目标函数继续进行优化，最后得到令目标函数最优的全局最优解。
2.根据权利要求1所述的减速器的优化设计方法，其特征在于:所述减速器的设计变量、目标函数和约束条件如下:
全文摘要
本发明公开了一种减速器的优化设计方法，首先确定减速器的设计变量、体积的目标函数、转轴和齿轮部分的约束条件，然后按如下步骤进行优化设计(1)试验设计优化阶段；(2)优化值传递步骤；(3)梯度法优化阶段。本发明提供的减速器的优化设计方法，首先运用试验设计进行初步寻优，并将试验设计所得的初步优化解作为后续梯度法的初始值进一步深入优化，然后利用梯度法的高寻优速度最终取得全局优化解，在提高减速器优化效率的同时能够避免陷入局部解、提升优化精度。此方法优化速度快、精度高，在满足减速器中转轴和齿轮大量约束的前提下进一步减小了体积，在实际使用中取得了良好的效果。
文档编号G06F17/50GK103246758SQ20131001449
公开日2013年8月14日 申请日期2013年1月15日 优先权日2013年1月15日
发明者纪爱敏, 殷旭, 孙鹏飞, 黄鑫磊 申请人:河海大学常州校区