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发布时间:2023-12-18 15:21:46 阅读: 来源:童靴厂家

齿轮传动机构人工神经络辅助优化设计

由于齿轮传动机构具有许多其它传动机构无法相比的优点,因此至今仍是机械设备中最常用的传动机构之一。但是,齿轮传动机构的设计计算却是相当繁复的,尤其是齿根弯曲强度计算中齿形系数YFa和应力校正系数YSa的计算最为繁复。如按照文献给出的公式求YFa、YSa,需要计算至少16个中间参数,并需求解一个超越方程才行。而在齿轮传动机构优化设计过程中,则需要成千上万次的计算齿面接触强度和齿根弯曲强度,因此在一些文献中提出了各种简化算法。本文尝试使用人工智能领域的新技术——人工神经络来映射齿轮强度计算公式,用于求解齿轮传动机构优化设计问题,得到令人满意的结果。1 BP神经络模型原理 BP(Back Propagation)络亦称误差逆传播络,是最成熟和应用最广的人工神经络。图1所示为典型的三层BP络结构图,它由输入层、隐含层和输出层组成,层与层之间采用全互连方式连接,同一层结点之间无连接。

当给定一输入模式X=(x1,x2,…,xm)和希望输出模式Y=(y1,y2,…,yn)时,络的实际输出和输出误差可用下列公式求出:

隐含层输出: (1) 络实际输出: (2) 络输出误差平方和: (3)式中:wij、可以让聚氨酯泡沫更加细腻与均匀vjk——输入层至隐含层,隐含层至输出层的连接权;

θj、φk——隐含层结点、输出层结点的阀值;

m、h、n——输入层、隐含层、输出层结点数;

f——S型函数,f(x)=(1+e-x)-1。

如果误差太大不满足要求,则需要用下列公式修正各连接权开关元件和阀值: (4) (5)式中:α、β——学习率:α 0、 β 1。图1 三层BP络结构图 给络提供一组特定的训练模式,随机产生初始连接权和阀值,不断重复上述计算过程,直到络全局误差小于给定的极小值为止。此时,该梯形丝杠BP络通过学习便具备了映射该特定问题的能力。2 齿轮机构BP络辅助优化设计 现以直齿圆柱齿轮传动机构体积最小优化设计为例,对齿轮起重滑轮机构BP络辅助优化设计方法加以说明。

某直着力提升1批先进基础材料齿圆柱齿轮机构已知齿数比u=4,小齿轮扭矩T1=100 N*m,转速n1=2 000 r/min,精度为7级,轴承对齿轮非对称布置。小齿轮材料为40Cr,大齿轮材料为45号钢,许用应力为[σ]H1=680 MPa,[σ]H2=550 MPa,[σ]F1=288 MPa,[σ]F2=204 MPa。

卸扣设计变量:X=[m,z1,φd]T=[x1,x2,x3]T

目标函数:

模数约束条件:

齿数约束条件:

齿宽系数约束:

齿面接触疲劳强度约束条件:式中:计

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