基于改进粒子群算法的非对称传动主轴多目标优化

摘要

针对某特种车辆传动系统由于结构布局限制导致的主轴两侧非等强度设计问题,综合考虑传动主轴-轴承系统内外多源激励,采用集中质量法建立系统非线性振动模型。基于所建立的模型,利用Runge-Kutta进行数值仿真求解,分析了稳态工况下系统弯扭耦合振动响应以及系统动载荷和振动能量的分布特点,得出了主轴右侧断裂的主要原因。为解决传统粒子群优化(particle swarm optimization,PSO)算法易陷于局部最优解问题,通过调整算法参数和粒子变异提出一种改进的PSO算法。然后,针对主轴断裂原因,采用改进的PSO算法,以系统的波动扭矩和扭转振动能量为优化目标,对传动主轴结构参数进行多目标优化,并利用模糊集合理论对优化得到的Pareto最优解集进行选优。仿真结果表明,优化后的主轴左右两侧趋近于等强度设计,系统的扭转振动响应达到一个最优的平衡,主轴左侧的波动扭矩虽有所增加,扭转振动能量保持不变,但出现断裂故障的右侧波动扭矩幅值下降25%左右,右侧扭转振动能量下降15%左右,优化效果明显。