一種滾動軸承多目標優(yōu)化設(shè)計方法和系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及軸承設(shè)計領(lǐng)域，特別是一種滾動軸承的多目標優(yōu)化設(shè)計方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 滾動軸承被廣泛應(yīng)用于各種機械設(shè)備中，被冠以機械關(guān)節(jié)的稱號，軸承設(shè)計質(zhì)量 的高低直接影響了軸承乃至主機的性能。近年來，隨著主機水平的不斷提高，對滾動軸承的 性能提出了更為嚴格的要求，有些產(chǎn)品依靠傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計已經(jīng)滿足不了主機的需要。因 此作為設(shè)計人員經(jīng)常要對不同用途的滾動軸承，依據(jù)主機要求對滾動軸承進行優(yōu)化設(shè)計。 優(yōu)化設(shè)計的目標可以是最長接觸疲勞壽命，最大靜載荷能力，最小平均摩擦力矩，最佳潤滑 及最小振動噪聲等等，這些優(yōu)化目標有的是越大越好，有的是越好。那么如何能夠兼顧各個 指標，綜合考慮各種因素，從眾多初始設(shè)計方案中進行決策，選擇出能夠兼顧各方面要求的 方案，是滾動軸承設(shè)計中經(jīng)常遇到的問題。
[0003] 《基于多目標的主軸滑動軸承優(yōu)化設(shè)計方法》（軸承）2004. 12總結(jié)了現(xiàn)有的優(yōu)化 設(shè)計方法。多目標優(yōu)化系統(tǒng)是為設(shè)計過程中追求多項指標達到綜合最優(yōu)而開發(fā)的應(yīng)用程 序。現(xiàn)有方法包括：
[0004]1，極小極大優(yōu)化方法；
[0005]2，加權(quán)極小極大法；
[0006] 3,理想點法；
[0007] 4,線性加權(quán)和法及規(guī)范化的線性加權(quán)和法。
[0008]線性加權(quán)和法將多目標優(yōu)化問題進行處理轉(zhuǎn)化成一個單目標優(yōu)化問題。這種方法 都需要構(gòu)造評價函數(shù)，而且評價函數(shù)往往較為復(fù)雜，而且可能無法反映真正的軸承物理特 征，評價不夠準確。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的目的是提供一種滾動軸承多目標優(yōu)化設(shè)計方法，用以提出一種新穎的優(yōu) 化設(shè)計方法，解決現(xiàn)有技術(shù)的方法復(fù)雜的問題。
[0010] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的方案包括：
[0011] -種滾動軸承多目標優(yōu)化設(shè)計方法，步驟如下：
[0012] 1)根據(jù)滾動軸承分析理論確定待選得的各設(shè)計方案對應(yīng)的各個指標，每個設(shè)計方 案i對應(yīng)一個指標列Xi;
[0013] 2)依據(jù)軸承分析理論，從各設(shè)計方案中選取每個指標參數(shù)的最優(yōu)值構(gòu)成最優(yōu)參考 列x0;
[0014] 3)根據(jù)軸承分析理論和實際需求確定各個指標的權(quán)重因子w ;
[0015] 4)對于任一個指標，計算指標列Xi對應(yīng)指標值與參考列對應(yīng)指標值的差值，根據(jù) 差值和對應(yīng)的權(quán)重因子，綜合計算各個指標列&與最優(yōu)參考列X。的關(guān)聯(lián)度y(X。、^)，各指 標的差值越小、權(quán)重因子越大則關(guān)聯(lián)度y(\、\)越大；
[0016] 5)選擇關(guān)聯(lián)度最大的指標列對應(yīng)的設(shè)計方案i為最優(yōu)設(shè)計方案。
[0017] 進一步的，所述關(guān)聯(lián)趕
[0018]
;式中minA"和maxA分別為差異 矩陣的最小值和最大值，^為分辨系數(shù)；△為各個指標列&中指標值與最優(yōu)參考列X。中相 應(yīng)指標值之差；i為設(shè)計方案序號，j為各指標序號。
[0019] 進一步的，所述指標包括徑向額定動載荷&、徑向額定靜載荷COT、極限轉(zhuǎn)速np接 觸變形S、摩擦力矩M、重量m。
[0020] -種滾動軸承多目標優(yōu)化設(shè)計系統(tǒng)，包括如下模塊：
[0021] 1)根據(jù)滾動軸承分析理論確定待選得的各設(shè)計方案對應(yīng)的各個指標的模塊，每個 設(shè)計方案i對應(yīng)一個指標列Xi;
[0022] 2)依據(jù)軸承分析理論，從各設(shè)計方案中選取每個指標參數(shù)的最優(yōu)值構(gòu)成最優(yōu)參考 列X。的模塊；
[0023] 3)根據(jù)軸承分析理論和實際需求確定各個指標的權(quán)重因子w的模塊；
[0024] 4)對于任一個指標，計算指標列Xi對應(yīng)指標值與參考列對應(yīng)指標值的差值，根據(jù) 差值和對應(yīng)的權(quán)重因子，綜合計算各個指標列&與最優(yōu)參考列X。的關(guān)聯(lián)度的模 塊；各指標的差值越小、權(quán)重因子越大則關(guān)聯(lián)度y(\、\)越大；
[0025] 5)選擇關(guān)聯(lián)度最大的指標列對應(yīng)的設(shè)計方案i為最優(yōu)設(shè)計方案的模塊。
[0026] 進一步的，所述關(guān)聯(lián)，
*=1
[0027]
式中minA^和maxA分別為差異 矩陣的最小值和最大值，f為分辨系數(shù)；A為各個指標列&中指標值與最優(yōu)參考列X。中相 應(yīng)指標值之差；i為設(shè)計方案序號，j為各指標序號。
[0028] 進一步的，所述指標包括徑向額定動載荷&、徑向額定靜載荷COT、極限轉(zhuǎn)速np接 觸變形S、摩擦力矩M、重量m。
[0029] 本發(fā)明的方法，引入了每個指標參數(shù)的最優(yōu)值構(gòu)成最優(yōu)參考列X。，并且根據(jù)該最 優(yōu)參考列X。形成差異矩陣A，根據(jù)差異矩陣進一步計算評判待選設(shè)計方案的優(yōu)劣。這首先 是一種全新的優(yōu)化方法，而且首先基于待選方案中的參數(shù)選取最優(yōu)參考列，本身就是一次 優(yōu)化過程，然后再進行計算，計算過程簡單而且準確率高。
【附圖說明】
[0030] 圖1是優(yōu)化設(shè)計的程序流程圖。
【具體實施方式】
[0031] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細的說明。
[0032] -種滾動軸承多目標優(yōu)化設(shè)計方法，對應(yīng)一種計算機應(yīng)用程序，下面結(jié)合實際例 子進行說明，其步驟依次如下：
[0033] 步驟一：確定并計算該軸承比較關(guān)注的性能指標
[0034] 主機用戶通常比較關(guān)注滾動軸承的承載能力、剛度、極限轉(zhuǎn)速、摩擦力矩及重量等 性能指標，因此選取該軸承的徑向額定動載荷&、徑向額定靜載荷(："、接觸變形5、摩擦力 矩M、極限轉(zhuǎn)速n]、重量m作為該軸承的主要性能指標。選取三套方案對其關(guān)注的性能指標 進行計算，如表1所示。
[0035]表1
[0036]
[0037] 步驟二：選取各指標的最優(yōu)值構(gòu)造最優(yōu)參考列X。
[0038] 對于表1中的指標，徑向額定動載荷&、徑向額定靜載荷COT、極限轉(zhuǎn)速nP越大越 好，而接觸變形8、摩擦力矩M、重量m則越小越好，于是得到最優(yōu)參考列XJ3.2 6.73 3.6 0? 174 45000 21. 34)。
[0039] 步驟三：確定各個指標的權(quán)重因子w
[0040] 如果認為各指標重要程度一樣可以取權(quán)重集w(l1 1 1 1 1)。該軸承屬于高速微 型軸承，因此眾多指標中軸承的極限轉(zhuǎn)速n,與摩擦力矩M相對更為重要一些，因此本實例 采取權(quán)重集w(0? 1 0? 1 0? 3 0? 3 0? 1 0? 1)。
[0041] 步驟四：計算的出各個指標列&與最優(yōu)參考列X。的關(guān)聯(lián)度y(X。、^計算關(guān)聯(lián)系 數(shù)Y的過程如表2所示，包括步驟1-6。
[0042]表 2
[0043]
[0044] 具體的，步驟2是為了讓個參數(shù)使具備可比性，對各指標列作數(shù)值變換，采用均值 化變換。各項參數(shù)除以其均值。
[0045] 步驟3中，各個指標列&與最優(yōu)參考列X。的差異矩陣A，即為各個指標列Xi中參 數(shù)與最優(yōu)參考列X。中相應(yīng)參數(shù)作差。
[0046] 步驟4計算關(guān)聯(lián)系數(shù)矩陣，計算公式如下式所示。
[0047]
[0048]式中minA^和maxA^分別為差異矩陣的最小值和最大值，分辨系數(shù)f為〇. 5。
[0049]步驟4計算各個方案的關(guān)聯(lián)度y(X。，&)，并根據(jù)關(guān)聯(lián)度判斷方案的優(yōu)劣，計算公 式如下式所元"
[0050]
[0051]以上給出了本發(fā)明涉及具體的實施方式，但本發(fā)明不局限于所描述的實施方式。 比如在關(guān)聯(lián)度函數(shù)的設(shè)置上，依照各指標的差值越小、權(quán)重因子越大則關(guān)聯(lián)度y(\、\)越 大的原則，可以設(shè)計出多種不同的具體公式。
[0052]在本發(fā)明給出的思路下，采用對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言容易想到的方式對上述實施 例中的技術(shù)手段進行變換、替換、修改，并且起到的作用與本發(fā)明中的相應(yīng)技術(shù)手段基本相 同、實現(xiàn)的發(fā)明目的也基本相同，這樣形成的技術(shù)方案是對上述實施例進行微調(diào)形成的，這 種技術(shù)方案仍落入本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種滾動軸承多目標優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于，步驟如下： 1) 根據(jù)滾動軸承分析理論確定待選得的各設(shè)計方案對應(yīng)的各個指標，每個設(shè)計方案i 對應(yīng)一個指標列Xi; 2) 依據(jù)軸承分析理論，從各設(shè)計方案中選取每個指標參數(shù)的最優(yōu)值構(gòu)成最優(yōu)參考列 X〇; 3) 根據(jù)軸承分析理論和實際需求確定各個指標的權(quán)重因子W; 4) 對于任一個指標，計算指標列Xi對應(yīng)指標值與參考列對應(yīng)指標值的差值，根據(jù)差值 和對應(yīng)的權(quán)重因子，綜合計算各個指標列Xi與最優(yōu)參考列X。的關(guān)聯(lián)度丫狂。、Xi),各指標的 差值越小、權(quán)重因子越大則關(guān)聯(lián)度丫狂。、Xi)越大； 5) 選擇關(guān)聯(lián)度最大的指標列對應(yīng)的設(shè)計方案i為最優(yōu)設(shè)計方案。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的滾動軸承多目標優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于，所述關(guān)聯(lián)度:;式中minA。和maxAU分別為差異矩陣 的最小值和最大值，《為分辨系數(shù)；A為各個指標列Xi中指標值與最優(yōu)參考列X。中相應(yīng)指 標值之差；i為設(shè)計方案序號，j為各指標序號。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的滾動軸承多目標優(yōu)化設(shè)計方法，其特征在于，所述指標包 括徑向額定動載荷。、徑向額定靜載荷C"、極限轉(zhuǎn)速Hj、接觸變形5、摩擦力矩M、重量m。4. 一種滾動軸承多目標優(yōu)化設(shè)計系統(tǒng)，其特征在于，包括如下模塊： 1) 根據(jù)滾動軸承分析理論確定待選得的各設(shè)計方案對應(yīng)的各個指標的模塊，每個設(shè)計 方案i對應(yīng)一個指標列Xi; 2) 依據(jù)軸承分析理論，從各設(shè)計方案中選取每個指標參數(shù)的最優(yōu)值構(gòu)成最優(yōu)參考列X。 的板塊； 3) 根據(jù)軸承分析理論和實際需求確定各個指標的權(quán)重因子W的模塊； 4) 對于任一個指標，計算指標列Xi對應(yīng)指標值與參考列對應(yīng)指標值的差值，根據(jù)差值 和對應(yīng)的權(quán)重因子，綜合計算各個指標列Xi與最優(yōu)參考列X。的關(guān)聯(lián)度丫狂。、Xi)的模塊； 各指標的差值越小、權(quán)重因子越大則關(guān)聯(lián)度丫狂。、Xi)越大； 5) 選擇關(guān)聯(lián)度最大的指標列對應(yīng)的設(shè)計方案i為最優(yōu)設(shè)計方案的模塊。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的滾動軸承多目標優(yōu)化設(shè)計系統(tǒng)，其特征在于，所述關(guān)聯(lián)度式中minAU和maxA。分別為差異矩陣 的最小值和最大值，；為分辨系數(shù)；A為各個指標列Xi中指標值與最優(yōu)參考列X。中相應(yīng)指 標值之差；i為設(shè)計方案序號，j為各指標序號。6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的滾動軸承多目標優(yōu)化設(shè)計系統(tǒng)，其特征在于，所述指標包 括徑向額定動載荷。、徑向額定靜載荷C"、極限轉(zhuǎn)速Hj、接觸變形5、摩擦力矩M、重量m。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種滾動軸承多目標優(yōu)化設(shè)計方法和系統(tǒng)，方法如下：根據(jù)滾動軸承分析理論確定待選得的各設(shè)計方案對應(yīng)的各個指標，每個設(shè)計方案i對應(yīng)一個指標列Xi；依據(jù)軸承分析理論，從各設(shè)計方案中選取每個指標參數(shù)的最優(yōu)值構(gòu)成最優(yōu)參考列X0；根據(jù)軸承分析理論和實際需求確定各個指標的權(quán)重因子w；對于任一個指標，計算指標列Xi對應(yīng)指標值與參考列對應(yīng)指標值的差值，根據(jù)差值和對應(yīng)的權(quán)重因子，綜合計算各個指標列Xi與最優(yōu)參考列X0的關(guān)聯(lián)度γ(X0、Xi)，各指標的差值越小、權(quán)重因子越大則關(guān)聯(lián)度γ(X0、Xi)越大；選擇關(guān)聯(lián)度最大的指標列對應(yīng)的設(shè)計方案i為最優(yōu)設(shè)計方案。本發(fā)明是一種全新的優(yōu)化方法，計算過程簡單準確率高。
【IPC分類】G06F17/50
【公開號】CN105205222
【申請?zhí)枴緾N201510534231
【發(fā)明人】劉良勇, 李建華, 李鴻亮, 李亮, 蘇柏萬, 孫朝陽
【申請人】洛陽軸研科技股份有限公司
【公開日】2015年12月30日
【申請日】2015年8月27日