基于改进遗传算法的齿轮传动优化设计及三维参数化建模技术研究

摘要

齿轮优化设计在现代机械设计中占有非常重要的地位。随着优化技术的不断发展，以遗传算法，模拟退火算法等为代表的智能优化方法以其高效的优化性能、无需问题特殊信息、具有全局搜索能力等优点，在各领域得到了广泛的关注和应用，成为解决工程难问题的有力工具，也为齿轮优化设计提供了一定的手段。本文重点研究了改进遗传算法在齿轮传动优化设计中的应用，并根据优化结果实现了齿轮的三维参数化敏捷设计，对加速制造业企业推广和应用三维CAD技术，提高产品的设计效率和质量具有重要的现实意义和实际应用价值。
　　首先，本文以齿数、法向模数、齿宽系数、螺旋角为优化设计变量，接触应力和弯曲应力等限制为约束条件，以体积最小和膜厚比最大为优化目标，建立了单级斜齿圆柱齿轮传动的多目标优化数学模型。遗传算法求解时，设计了整数编码与实数编码相结合的混合编码方法，对交叉和变异方法进行了改进。
　　对常见的二级标准斜齿轮减速器进行优化设计，该问题中共有9个优化设计变量，优化问题更加复杂，针对该复杂优化问题，设计与其相适应的改进遗传粒子群算法进行求解。
　　在VB编程环境下，编制了优化设计程序。算例说明，该优化方法有效、实用。
　　围绕在SolidWorks平台上建立齿轮三维参数化模型这一主题，深入研究了SolidWorks二次开发技术，包括二次开发的原理、方法、工具等各方面的核心技术，确立了以基于特征的参数化设计为核心的设计思想，探索了建立渐开线齿轮参数化三维造型的方法，以SolidWorks为支撑平台，采用面向对象技术，通过渐开线坐标方程实现了对渐开线齿轮的三维精确描述，完成开发了渐开线圆柱直齿轮参数化敏捷造型系统模块。