螺旋锥齿轮形性协同制造的智能参数驱动模块化设计方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109408857A(43)申请公布日2019.03.01(21)申请号201811026141.5(22)申请日2018.09.04(71)申请人中南大学地址湖南省长沙市岳麓区麓山南路932号中南大学新校区机电工程学院(72)发明人唐进元丁撼(74)专利代理机构长沙永星专利商标事务所(普通合伙)43001代理人邓淑红(51)Int.Cl.G06F17/50(2006.01)权利要求书3页说明书20页附图11页(54)发明名称螺旋锥齿轮形性协同制造的智能参数驱动模块化设计方法(57)摘要本发明公开了一种螺旋锥齿轮形性协同制造的智能参数驱动模块化设计方法，通过数值载荷齿面接触分析(NLTCA)构建形性协同制造中加工参数与物理性能的直接函数关系，探究二者之间的关联规律，为MOO加工参数反调及形性协同系统建模提供基础。考虑螺旋锥齿轮的齿面弯曲特性和高使役性能要求，基于精确的双曲面壳单元模型的求解分析。采用有限元法和线性规划法相结合的形式求解NLTCA的目标函数，建立加工参数与齿面物理性能评价项的直接关联规律。双曲面壳单元模型兼容了圆柱壳和圆锥壳模型特点，能更精确的反映齿面的弯曲特性。基于双曲面壳单元模型的螺旋锥齿轮及设定的边界条件，既考虑了齿轮啮合刚度又考虑了齿轮接触柔性，保证NLTCA的数值结果更真实有效。CN109408857ACN109408857A权利要求书1/3页1.一种螺旋锥齿轮形性协同制造的智能参数驱动模块化设计方法，包括以下步骤：i)将整个协同制造系统参数驱动过程集成为一个几何与物理性能协同的齿面设计与优化系统，建立一个基本的输入—输出基本框架，建立形性协同制造的参数驱动模型；ii)对步骤i)确定的参数驱动模型进行智能参数驱动模块化设计ii.1)建立多目标优化(MOO)加工参数反调模型，确定其目标函数；ii.2)通过数值载荷齿面接触分析(NLTCA)进行加工参数与齿面物理性能评价ii.2.1)齿面弯曲特性分析；ii.2.2)精确的有限元建模；ii.2.3)齿面啮合刚度和接触柔性求解；ii.2.4)NLTCA的精确计算；ii.3)决策与优化方案；ii.3.1)影响因子的参数驱动优化与处理；ii.3.2)基于物理性能优化的多目标优化(MOO)目标齿面确定；ii.3.3)基于几何性能优化的齿面加工参数精确反调。2.如权利要求1所述的螺旋锥齿轮形性协同制造的智能参数驱动模块化设计方法，其特征在于：针对步骤i)，输入参数为初始的万能运动加工参数，基于载荷齿面接触分析(LTCA)技术，设定多目标评价设计项：齿面ease-off的均方根差hRMSE，最大载荷传动误差LTEMAX，最大接触应力CPMAX，齿面重合度CR，机械效率η。3.如权利要求2所述的螺旋锥齿轮形性协同制造的智能参数驱动模块化设计方法，其特征在于：步骤i)建立的参数驱动模型为其中，输入参数M为初始加工参数，包括滚比Ra，刀位Sr，垂直轮位Em，床位XB，水平轮位*XD，机床安装角γm，刀倾角σ，刀转角ζ，φ为最基本的运动参数，输出参数M为MOO反调后的精确加工参数，设计因子X为设定的几何与物理性能评价项，影响因子Z主要是各种制造误差，其中主要考虑安装误差和机床空间几何误差。4.如权利要求3所述的螺旋锥齿轮形性协同制造的智能参数驱动模块化设计方法，其特征在于：步骤ii.1)包括以下步骤：ii.1.1)将齿面几何性能ease-off定义为任何设计齿面相对于其基本齿面的几何修正量，根据初始加工参数通过建模得到其基本齿面；基本齿面结合预设的ease-off确定目标齿面设计齿面采样点网格中第i个点的矢量及其法向矢量表示为式中(u，θ)是曲面表达高斯参数，而φ则是最基本的运动参数；x(0)表示初始加工参数，即在万能运动展成(UGM)框架下的通用加工参数，分别为滚比Ra，刀位Sr，垂直轮位Em，床位2CN109408857A权利要求书2/3页XB，水平轮位XD，机床安装角γm，刀倾角σ，刀转角ζ；相对于该基本齿面，一个目标齿面的第i个离散点为(0)(0)(0)(0)式中，两个齿面之间的偏差值hi就是ease-off，其矢量表示为hi＝(h1,…,hm)，它跟传统意义上的齿面误差不同，需要人为设定，可根据制造精度要预设为一个实际设计与制造之间的容差；ii.1.2)将设计齿面与目标齿面之间的法向偏差定义为残余ease-off，以目标齿面作为逼近齿面，逼近程度以残余ease-off作为评价标准；*含预设ease-off值的m个离散点pi所组成的目标齿面为设计齿面与目标齿面的法向偏差hi∈h＝(h1,…,hm)(i∈[1,m])定义为残余ease-off，用来评价目标齿面的逼近精度，根据实际齿面CMM测量来确