(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211143251.6 (22)申请日 2022.09.20 (71)申请人 北京建筑大学 地址 100044 北京市西城区展览馆路1号 (72)发明人 王金海　杨建伟　姚德臣　李欣　 刘富　赵悦　刘畅东　王偌怡　 (74)专利代理 机构 北京德崇智捷知识产权代理 有限公司 1 1467 专利代理师 房婉琼 (51)Int.Cl. G06F 30/27(2020.01) G06F 30/17(2020.01) G06F 111/06(2020.01) G06F 119/04(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种齿轮低动力设计的动态优化方法 (57)摘要 本发明公开了一种齿轮低动力设计的动态 优化方法， 包括以下步骤： （1） 建立齿轮时变啮合 刚度解析模型； （2） 根据拉格朗日原理， 建立齿轮 传动系统全耦合动力学模型； （3） 建立优化目标 函数： 目标函数由解耦率函数和动力评价函数两 部分组成； （4） 齿轮低动力优化设计， 利用优化方 法， 选择齿轮参数作为优化变量， 设定功能要求 的边界条件， 对目标函数进行优化， 直至达到最 小目标函数值， 此时的优化变量值即为齿轮的低 动力设计。 本发 明提出的方法可以保证齿轮设计 在符合功能要求的基础上， 使齿轮系统动态相互 作用力达到最小 值， 使机械传动更平顺、 稳定， 轮 齿抗疲劳和抗磨损能力更强， 使用寿 命延长。 权利要求书2页 说明书4页 附图2页 CN 115455834 A 2022.12.09 CN 115455834 A 1.一种齿轮低动力设计的动态优化方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： (1)建立齿轮时变啮合刚度解析模型： 基于势能法原 理， 建立包含齿轮设计参数的齿轮 时变啮合刚度模型； (2)建立齿轮传动系统动力学模型： 根据拉格朗日原 理， 建立齿轮传动系统全耦合动力 学模型； 其中， 模型考虑了啮合阻尼、 时变啮合刚度、 输入转矩、 输出转矩、 支撑刚度和阻尼； (3)建立优化目标函数： 目标函数由解耦率 函数和动力评价 函数两部分组成； 解耦率函数建立在上述模型的无阻尼和无外载荷的简化基础上， 获得固有频率f和振 型φ， 解耦率 为第k个广义 坐标上分配的能量占系统总能量的比重； 动力评价函数的建立， 需要据动力学计算结果， 得到齿轮动态啮合力； 选用均方根值、 最大值、 平均值等作为评价指标， 构 造n个动力评价函数； 最 终依据解耦率函数、 动力评价函 数建立总目标函数； (4)齿轮低动力优化设计： 利用优化方法， 选择齿轮参数作为优化变量， 设定功能要求 的边界条件， 对目标函数进行优化， 直至达到最小目标函数值， 此时的优化变量值即为齿轮 的低动力设计。 2.根据权利要求1所述的一种 齿轮低动力设计的动态优化方法， 其特征在于， 所述齿轮 设计参数包括但不限于模数、 齿数、 压力角、 螺 旋角、 变位系数、 修形系数。 3.根据权利要求1所述的一种 齿轮低动力设计的动态优化方法， 其特征在于， 所述系统 动力学模型为 式中， M为质量矩阵， C为阻尼矩阵， K为刚度矩阵， F为外载荷矩阵。 4.根据权利要求1所述的一种 齿轮低动力设计的动态优化方法， 其特征在于， 所述解耦 率为第k个广义 坐标上分配的能量占系统总能量的比重， 解耦率的计算公式为 5.根据权利要求1所述的一种 齿轮低动力设计的动态优化方法， 其特征在于， 所述动态 相互作用力按照下式计算 式中， cm为啮合阻尼， δ(t)为动态传递 误差， h(·)为侧隙非线性 函数。 6.根据权利要求1所述的一种 齿轮低动力设计的动态优化方法， 其特征在于， 所述总目 标函数为： 式中， y1,y2,…,ym为优化参数， ui(·)为动力评价 函数， aj和bi均为权重系统。 7.根据权利要求1所述的一种 齿轮低动力设计的动态优化方法， 其特征在于， 所述优化 方法包括但不限于 遗传算法、 粒子群优化 算法。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115455834 A 28.根据权利要求1所述的一种 齿轮低动力设计的动态优化方法， 其特征在于， 所述边界 条件的功能要求包括但不限于传动比、 疲劳、 磨损。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115455834 A 3