【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及優化設計，尤其涉及一種基于約束花授粉算法的深溝球軸承優化設計方法。
技術介紹
1、軸承廣泛應用于機械、電力、石化、能源、交通運輸、航空航天等各領域中的旋轉設備中，被譽為“工業的關節”。深溝球軸承具有結構簡單、使用方便的特點，是生產批量最大、應用范圍最廣的一類軸承。隨著科技的不斷發展，機械產品的性能需求越來越高，對軸承類關鍵零部件的性能要求也在不斷提高。軸承的平穩運行和高疲勞壽命是評價軸承服役性能的重要指標，而這兩者又與軸承的結構參數緊密相關。通過對軸承結構參數進行優化設計來改善軸承的服役性能的相關研究一直受到人們的關注。傳統的軸承優化設計方法需人工查閱機械設計手冊等資料，由于軸承的類型和尺寸參數復雜，往往需要用到大量的公式及圖表，效率較低。部分關于軸承cad系統的研究可實現查詢選型、尺寸計算和圖紙生成等功能，但在優化設計部分普遍采用確定性搜索的方式，難以得到最優設計結果。
技術實現思路
1、本專利技術的目的是為了解決
技術介紹
中存在的缺點，而提出的一種基于約束花授粉算法的深溝球軸承優化設計方法。
2、為達到以上目的，本專利技術采用的技術方案為：一種基于約束花授粉算法的深溝球軸承優化設計方法，包括以下步驟：
3、s1、建立軸承優化設計模型；
4、s2、設置算法參數，生成初始種群并進行評估；
5、s3、進行迭代求解；
6、其中，步驟s2包括：b1、設置約束花授粉算法的參數值，包括種群規模np、轉換概率p、最大迭代次
7、b2、初始化迭代次數t=0，并在設計空間內隨機生成np個初始解，完成種群初始化：
8、
9、其中，xi代表第i個候選解，np為種群規模，和分別為第j個設計變量的取值上下界，rand為[0,1]之間的隨機數，m表示每個設計方案包含的設計變量的個數；
10、b3、對初始種群中各候選解中滾動體數目四舍五入取整，根據深溝球軸承優化設計數學模型計算每個候選解的目標函數值和約束違反度；
11、b4、采用以下啟發式規則對比初始解種群中各候選解的優劣，確定其中最優的解個體，啟發式規則包括：
12、可行解總是優于不可行解；
13、兩個可行解中，具有更小的目標函數值的解更優；
14、兩個不可行解中，約束違反度更小的解更優。
15、優選的，所述步驟s1包括以下步驟：
16、a1、確定設計變量和優化目標：
17、以滾動體直徑dw、軸承節圓直徑dj、滾動體數目z、外圈滾道溝曲率半徑系數fo和內圈滾道溝曲率半徑系數fi參數作為優化設計變量，以軸承的額定動載荷（cr）和額定靜載荷（cor）為聯合優化目標，構建深溝球軸承的優化設計模型，其中額定動載荷cr按下式計算：
18、
19、式中bm為與常用軸承鋼和良好加工方法有關的額定系數，對于深溝球軸承取1.3，fc為與軸承零件基本系數；
20、a2、確定約束條件，約束條件包括：滾動體直徑約束、節圓直徑約束、滾動體數目約束、壁厚約束與滾道溝曲率半徑系數約束。
21、優選的，所述步驟a2中約束條件為：
22、滾動體直徑約束：；
23、節圓直徑約束：；
24、滾動體數目約束：；
25、壁厚約束：；
26、滾道溝曲率半徑系數約束：。
27、優選的，所述步驟a1中的所述軸承零件基本系數包括軸承幾何形狀、制造精度與制成材料，所述fc的表達式為：
28、
29、式中λ為降低系數，對于深溝球軸承，λ為0.95，γ=dw/dj。
30、優選的，所述步驟a1中的所述額定靜載荷cor按下式計算：
31、
32、式中ai、bi分別為滾珠與軸承內圈滾道接觸橢圓量綱為1的長半軸與短半軸；
33、優選的，對所述額定靜載荷cor進行優選處理，在優化時取cr和cor的加權和作為優化目標：，其中α1和α2表示cr和cor的權重系數，且滿足α1+α2=1。
34、優選的，所述步驟b3中的約束違反度定義為：
35、
36、其中m為約束的數量。
37、優選的，所述步驟s3包括以下步驟：
38、c1、嘗試對當前解種群中的每個候選解進行更新，對于每個解個體，首先生成一個在[0,?1]之間的隨機數，若該隨機數大于預設的轉換概率p，則利用全局搜索算子嘗試更新該候選解，否則按照局部搜索算子嘗試更新該候選解；
39、其中所述全局搜索算子如下：
40、
41、式中，為當前種群中的第i個候選解，是由生成的新解，為當前種群中的最優解，為步長的縮放因子，取0.01；
42、其中所述l是由lévy分布決定的步長，由下式計算：
43、
44、式中，β取1.5，u是符合均值為0，方差為σ2的正態分布的隨機數，v是符合均值為0、方差為1的正態分布的隨機數，σ2按下式計算：
45、
46、所述局部搜索算子如下：
47、
48、其中，和是在當前解種群中隨機選出的、不同于的兩個候選解，r1是一個在[0,?1]之間符合均勻分布的隨機數；
49、獲得新解后，檢查是否在設計空間內，若不在，則采用下式進行修正；
50、c2、依照所述b4步驟中的所述啟發式規則，比較所得到的與的優劣，如果更好，則用替換，否則將直接丟棄；
51、c3、對當前解種群中各個解完成一輪嘗試更新后，確定當前新種群中的最優解個體；
52、c4、更新迭代次數t，檢驗當前迭代次數是否達到預設的最大迭代次數tmax，若達到則求解結束，輸出當前種群中的最優解個體作為求解結果；否則轉到所述步驟b2，開始下一次迭代。
53、與現有技術相比，本專利技術具有以下有益效果：
54、本專利技術利用花授粉算法的全局搜索算子和局部搜索算子實現在設計空間內的自動化、智能化搜索，替代了傳統設計方法中繁冗的人工查圖、查表及反復計算的過程，具有實現過程簡單、運算速度較快、優化能力較強、收斂性能較好的特點，并可很方便地整合到軸承cad系統中。
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1.一種基于約束花授粉算法的深溝球軸承優化設計方法，其特征在于：包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種基于約束花授粉算法的深溝球軸承優化設計方法，其特征在于：所述步驟S1包括以下步驟：
3.根據權利要求2所述的基于約束花授粉算法的深溝球軸承優化設計方法，其特征在于：所述步驟A2中約束條件為：
4.根據權利要求2所述的基于約束花授粉算法的深溝球軸承優化設計方法，其特征在于：所述步驟A1中的所述軸承零件基本系數包括軸承幾何形狀、制造精度與制成材料，所述fc的表達式為：
5.根據權利要求2所述的一種基于約束花授粉算法的深溝球軸承優化設計方法，其特征在于：所述步驟A1中的所述額定靜載荷Cor按下式計算：
6.根據權利要求5所述的一種基于約束花授粉算法的深溝球軸承優化設計方法，其特征在于：對所述額定靜載荷Cor進行優選處理，在優化時取Cr和Cor的加權和作為優化目標：，其中α1和α2表示Cr和Cor的權重系數，且滿足α1+α2=1。
7.根據權利要求1所述的基于約束花授粉算法的深溝球軸承優化設計方法，其特征在于：
8.根據權利要求1所述的基于約束花授粉算法的深溝球軸承優化設計方法，其特征在于：所述步驟S3包括以下步驟：
...【技術特征摘要】
1.一種基于約束花授粉算法的深溝球軸承優化設計方法，其特征在于：包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的一種基于約束花授粉算法的深溝球軸承優化設計方法，其特征在于：所述步驟s1包括以下步驟：
3.根據權利要求2所述的基于約束花授粉算法的深溝球軸承優化設計方法，其特征在于：所述步驟a2中約束條件為：
4.根據權利要求2所述的基于約束花授粉算法的深溝球軸承優化設計方法，其特征在于：所述步驟a1中的所述軸承零件基本系數包括軸承幾何形狀、制造精度與制成材料，所述fc的表達式為：
5.根據權利要求2所述的一種基于約束花授粉算法的深...
【專利技術屬性】
技術研發人員：許樹輝，王燕霜，于慶福，楊海濤，張躍學，林廣森，
申請(專利權)人：齊魯工業大學山東省科學院，
類型：發明
國別省市：
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