活齿波动减速器的优化设计

刘云峰 徐颖杰

【摘要】：在对活动波动减速器的优化上，文章采用的优化方法是稳健设计法和神经网络应用法，实现了对波动减速器模型的构建，借助稳健设计法对活齿波动减速器进行了针对性的优化，最终对优化结构进行评判性分析，得出优化设计法在优化活齿波动减速器中是不错的选择。神经网络应用法在模糊优化的基础进行了优化设计，并最终实现了模糊网络优化设计。两者有着不同的实现过程，但是最终的优化结果却存在相似之处。

【关键词】：活齿波动减速器；优化设计；模拟稳健设计

活齿摆动器是一种新型的摆动器，这种摆动器在转动的同时能够实现两同轴之间的回转。相比较齿轮减速器，该转动器不仅有承载能力大的优点，而且还有转动比范围广等体征。另外一点需要注意的是：该转动器有复杂的结构，运动部件多是这方面的最好体现。在对活齿波动减速器进行安装的时候，各部件安装误差将在很大程度上影响该转动器的使用寿命和转动性能。如果想要降低这种误差带来的不良影响，单单提高减速器的使用条件和提高零部件的精度还远远不够，并不能取得理性的效果。如果数差增大，减速器的径向尺寸虽增大一些，但转轴臂轴上的载负荷可降低很多；并且由于齿轮直径的增大，从而可使轴承的寿命得到显著提高[1]。另外误差和精确等级对该减速器的使用寿命和传动性能也会产生一定的影响，但是这种影响却是非非线性的。

一、稳健设计方法优化设计

在具体的优化过程中，依然能够看到传统的优化算法的身影，这种算法有符合型法。这些传统的优化算法存在一定的局限性，不仅有较低的速度，而且时常还会出现局部最优的像。这种落后的优化方式产生的优化结果和实际情况很不相符，严重的情况是行不通的。优化设计是20世纪60年代初发展起来的一门新学科，它将最优化原理与计算机应用于设计领域，为工程设计提供一种重要的科学设计方法[2]。目前采用的机械稳健设计借助于传统的优化设计方法的基础，各参数的随机性和模糊性引起了足够的重视。不同的设计方案产生大小不等的误差。这些误差对性能波动的影响也是不相同的。另一方面，如果提高了使用条件和提高精度将在一定程度上不利于减少制造和使用成本。针对这样的问题，稳健优化设计法能够很好的解决出现的这些问题。稳健优化设计法在使用之前是充分考虑到了成本的开销和产品的质量、性能等因素，是一种先进的设计方法，不仅能够保障产品的高质量，而且能够减少成本的使用。在该设计方法中，设计方案处于核心地位，能够确保所得到的产品满足设计的要求，不受制作和安装误差的影响，在一定层面上较少成本的使用，提高了使用性能的质量。稳健设计方法是目前新发展起来的一种研究方法，有其内在的指导思想：因素状况的变化能够对变量产生较小的影响，影响后期对产品性能和质量做出的优化设计，目的是为了减少成本的使用，保障产品有较高的质量。文章中所出现的稳健设计还有另外一种称呼，叫稳健优化设计。模糊因素在一定程度上影响活齿的转动，针对这种情况，需要减少减速器的体积，提高减速器的效率，构建稳健优化模型，通过对活齿减速器进行稳健优化设计，借助最终的模糊综合评判方式实现了最终的优化预期结果，同时也表明，该优化方式是一种比较优异的设计组合。

二神经网络优化法

传统的优化设计为了使设计结果达到规定的要求，进而反复迭代 [3]。文章对设计参数的随机性和模糊性进行了探讨，在实现活齿波动减速器的优化过程中，这种神经网络优化方法是一种比较先进的优化方法。活齿减速器有着较高的转动速率，是一种新型的转动设备，不仅能够实现承载能力大，而且还具有结构紧凑和转动比范围广等特点。这些优异的性能特征使得活齿波动减速器在工业上得到了广泛的应用，但是在具体的研究领域还存在一定的局限性，所使用的优化方式并没能实现最终令人满意的优化效果。当有极小值出现在神经网络优化过程中，可以采用针对性的方法进行解决，这类方法有模拟退火法、遗传算法和混沌理论。当多目标优化使用到神经网路非线性映射的时候，能够避免各目标函数的权重所带来的影响，这也是后续研究工作需要发展的方向。活齿减速器的动态仿真和一些重要部件的有限元件的力学分析等方面的内容也是课题以后需要发展的方向。神经网络优化应用的原理：借助系统稳定的平衡点和神经网络能量函数之间对应关系的特点，促使最终能量函数极小点的出现，也就是实现最终系统的平衡点。所以，通过假设的方式，将一个合适的能量函数极小点代表为神经网络系统中的稳定平衡点，具体的优化工程的开展是从初始点中找到适当的目标函数，也就实现了最终的优点。所以，在文章具体的讨论中，需要将神经网络优化应用的方法应用到活齿波动减速器的优化设计中，通过其中具体操作实现最终期望看到的结果：众多设计方案中脱颖而出获得最优的设计方案，从而保证了设计结果的合理性，不僅如此，设计结果的实用性和经济性也在这里得到了体现。在具体研究过程中，研究的载体平台是大型科学计算机软件，这种软件有着出色的优化和计算功能，同时还有另外一个名字MATLAB。具体的优化环节是在MATLAB这种大环境下进行的，通过对活齿减速器进行模糊性优化，模糊性优化阶段所产生的结果需要进一步细化优化，这种细化的优化借助田口稳健设计方法，接着对内外表参数进行设计，得到最终有关模糊稳健优化设计结果，这样就产生了模糊稳健优化。神经网络应用正是在这种基础上应用到出现的求解优化问题，然后得到最终的优化结果，优化质量的高低能够在优化结果中得到体现。借助MATALB软件所具有的强大功能对相关的图像进行具体的分析。最后一个环节就是虚拟建模环节，这个环节是在Pro/ENGINEER这种大环境下进行的，同时这种环境也是对活齿减速器进行虚拟建模所必须具备的。

结束语：

在活齿波动减速器进行优化时，采用的稳健优化设计法有着突出的性能，不仅能够实现最终的优化结果，同时还能了解到各因素对目标函数产生的影响，能够根据实际需求，选择相应的参数。相比较普通优化方案，稳健优化方案不仅能够实现实验数据的可靠性，而且产生的各项参数抗干扰性能更为显著，有利于节约成本，延长产品使用寿命，降低制作和安装带来的误差影响。文章的载体平台是借助MATLAB，不仅采用了优化初始阶段的模糊优化，而且还进行了稳健设计，并完成了对最终结果的模糊评判。这种做法不仅能够实现最终的优化结果，而且还说明了这种先进的优化手段有着实用性和可行性的优点。产生的最终优化结构能够在一定层面上说明了目标函数受各因素影响，将最佳的参数应用到相应的实际条件中。优化结果的产生也生成了相应的图像。通过对具体的图像分析，有助于最终对模型的构建，提供了真实的数据基础。文章在研究神经网络知识多目标模糊稳健优化总的一点，还存在不足。

参考文献：

[1]王冬梅.基于matlab的少齿差行星齿轮减速器的优化设计[J].中国科技信息，2015，（01）：159-160.

[2]时建鹏.刘凤国.圆柱齿轮减速器优化设计[J].科技视界，2015，（15）：75-76.

[3]伊成山.柳彦虎.寸立岗.孙运其.公铁两用车电动轮减速器的可靠性优化设计[J].机械传动，2015，（04）：61-65.