考虑失效相关性的行星摆线减速器结构多目标优化设计
Multi-objective Optimization Design of Planetary Cycloidal Reducer Structure with Considering Failure Correlation
- 机械传动 2022年46卷第6期 页码：64-72
- 作者机构：
1.昆明理工大学 机电工程学院， 云南 昆明 650550
2.中船集团有限公司 第705研究所昆明分部， 云南 昆明 650102
- 作者简介：
郑胜予（1997— ），男，吉林长春人，硕士研究生；主要研究方向为机械动力学。
肖正明（1982— ），男，江西吉安人，博士，教授，硕士生导师；主要研究方向为机械动力学、振动噪声分析与控制。
- 基金信息：国家自然科学基金(51965025);国家重点研发计划“智能机器人”重点专项(2018YFB1306100);云南省重点研发计划-国际科技合作专项(202003AF140007);云南省基础研究计划面上项目(202201AT070103)
DOI：10.16578/j.issn.1004.2539.2022.06.010
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郑胜予,赵刚,肖正明等.考虑失效相关性的行星摆线减速器结构多目标优化设计[J].机械传动,2022,46(06):64-72.
Zheng Shengyu,Zhao Gang,Xiao Zhengming,et al.Multi-objective Optimization Design of Planetary Cycloidal Reducer Structure with Considering Failure Correlation[J].Journal of Mechanical Transmission,2022,46(06):64-72.
郑胜予,赵刚,肖正明等.考虑失效相关性的行星摆线减速器结构多目标优化设计[J].机械传动,2022,46(06):64-72. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2022.06.010.
Zheng Shengyu,Zhao Gang,Xiao Zhengming,et al.Multi-objective Optimization Design of Planetary Cycloidal Reducer Structure with Considering Failure Correlation[J].Journal of Mechanical Transmission,2022,46(06):64-72. DOI： 10.16578/j.issn.1004.2539.2022.06.010.
摘要
行星摆线减速器的可靠性直接影响工业机器人的整体性能和使用寿命，其中，两级传动子部件的可靠性对减速器整机可靠性具有重要影响。以某型重载行星摆线减速器为研究对象，基于两级传动系统子部件的受力分析，分别构建各子部件的可靠性数学模型，并通过Copula函数对可靠度进行相关性耦合，构建了考虑失效相关性的系统可靠性模型；在此基础上，构建体积最小、可靠度最高的多目标优化模型，采用带精英策略的快速非支配排序遗传算法（Non-dominated sorted genetic algorithm-Ⅱ，NSGA-Ⅱ）进行求解，并与考虑独立性假设的系统可靠性模型做了对比分析。结果表明，优化后，减速器体积减小了11.27%，可靠度提高了5.29%；考虑失效相关性的优化设计方法可以有效提高行星摆线减速器的可靠性，并具有更高的综合性能。
Abstract
The reliability of the planetary cycloidal reducer directly affects the overall performance and service life of industrial robots，among which the reliability of two-stage drive subcomponents has an important influence on the reliability of the whole planetary cycloidal reducer. Taking a heavy-duty planetary cycloidal reducer as the research object，the reliability mathematical model of each subcomponent is constructed based on the force analysis of two-stage transmission system subcomponents，and the reliability is correlated and coupled by Copula function to construct a system reliability model considering failure correlation； on this basis，a multi-objective optimization model with minimum volume and maximum reliability is constructed，and NSGA-Ⅱ（Non-dominated sorted genetic algorithm-Ⅱ） algorithm is used to solve the model，and it is compared and analyzed with the system reliability model considering the independence assumption. The results show that， after optimization，the volume of the reducer is reduced by 11.27%，and the reliability is improved by 5.29%，and the optimal design method considering failure correlation can effectively improve the reliability of the planetary cycloidal reducer with higher comprehensive performance.
关键词
行星摆线减速器失效相关性可靠度多目标优化
Keywords
Planetary cycloidal reducerFailure correlationReliabilityMulti-objective optimization
references
张干清，龚宪生，王欢欢，等.基于可靠灰色粒子群算法的盾构机行星减速器轮系的多目标优化设计［J］.机械工程学报，2010，46（23）：135-145.
ZHANG Ganqing，GONG Xiansheng，WANG Huanhuan，et al.Multi-objective optimization design of shield machine planetary reducer gear train based on reliable grey particle swarm optimization［J］.Journal of Mechanical Engineering，2010，46（23）：135-145.
陆龙生，张飞翔，唐恒，等.基于优化承载能力的RV减速器摆线齿轮齿廓的等距-移距修形［J］.中国机械工程，2019，30（17）：2022-2029.
LU Longsheng，ZHANG Feixiang，TANG Heng，et al.Isometric-shift modification of RV reducer cycloid gear tooth profile based on optimized load carrying capacity［J］.China Mechanical Engineering，2019，30 （17）：2022-2029.
WANG J，LUO S M，SU D Y.Multi-objective optimal design of cycloid speed reducer based on genetic algorithm［J］.Mechanism and Machine Theory，2016，102：135-148.
缪嘉成，李朝阳，陈兵奎.结合Kriging与改进NSGA-Ⅱ的RV减速器优化［J］.重庆大学学报，2021，44（2）：65-78.
MIAO Jiacheng，LI Chaoyang，CHEN Bingkui.Combining kriging and improving NSGA-Ⅱ RV reducer optimization［J］.Journal of Chongqing University，2021，44（2）：65-78.
吕凤鹏，李朝阳，黄健，等.RV减速器转臂轴承的优化设计［J］.中国机械工程，2020，31（9）：1043-1048.
LÜ Fengpeng，LI Chaoyang，HUANG Jian，et al.Optimization design of RV reducer swing arm bearing［J］.China Mechanical Engineering，2020，31（9）：1043-1048.
ERYILMAZ S.Estimation in coherent reliability systems through copulas［J］.Reliability Engineering and System Safety，2011，96（5）：564-568.
ZHUANG X，LIMON S，YADAV O P.Considering modified criticality factor and functional dependency for reliability allocation purposes［C］//Proceedings of the 2014 Industrial and Systems Engineers （IISE） Research Conference，2014：2602-2611.
BRECHMANN E C，SCHEPSMEIER U.Modeling dependence with C-and D-Vine copulas：The R package CD Vine［J］.Journal of Statistical Software，2013，52（3）：1-27.
王倩蓉，姜潮，方腾.一种考虑参数相关性的可靠性优化设计方法［J］.中国机械工程，2018，29（19）：2312-2319.
WANG Qianrong，JIANG Chao，FANG Teng.A reliability optimization design method considering the correlation of parameters［J］.China Mechanical Engineering，2018，29（19）：2312-2319.
张玉刚，孙杰，喻天翔.考虑不同失效相关性的系统可靠性分配方法［J］.机械工程学报，2018，54（24）：206-215.
ZHANG Yugang，SUN Jie，YU Tianxiang.System reliability allocation method considering the correlation of different failures［J］.Journal of Mechanical Engineering，2018，54（24）：206-215.
丁国龙，秦园，明廷伯，等.基于接触应力均化的摆线轮修形方法［J］.中国机械工程，2019，30（9）：1081-1089.
DING Guolong，QIN Yuan，MING Tingbo，et al.A method of cycloid wheel shaping based on contact stress homogenization［J］.China Mechanical Engineering，2019，30（9）：1081-1089.
关天民，张东生.摆线针轮行星传动中反弓齿廓研究及其优化设计［J］.机械工程学报，2005，41（1）：151-156.
GUAN Tianmin，ZHANG Dongsheng.Research and optimized design of anti-arc tooth profile in cycloid pinwheel planetary transmission［J］.Journal of Mechanical Engineering，2005，41（1）：151-156.
何卫东，李力行，李欣.机器人用高精度RV减速器中摆线轮的优化新齿形［J］.机械工程学报，2000，36（3）：51-55.
HE Weidong，LI Lixing，LI Xin.New optimized tooth-profile of cycloidal gear of hifh precision RV reducer used in robot［J］.Journal of Mechanical Engineering，2000，36（3）：51-55.
王辉，石照耀，林家春，等.机器人用RV减速器多齿啮合特性研究［J］.哈尔滨工程大学学报，2020，41（2）：227-234.
WANG Hui，SHI Zhaoyao，LIN Jiachun，et al.Study on multi-tooth meshing characteristics of RV reducer for robot［J］.Journal of Harbin Engineering University，2020，41（2）：227-234.
张展.实用机械传动装置设计手册［M］.北京：机械工业出版社，2012：695-708.
ZHANG Zhan.Design manual of practical mechanical transmission device［M］.Beijing：China Machine Press，2012：695-708.
闻邦椿.机械设计手册：第2卷：第9篇［M］.北京：机械工业出版社，2017：82-153.
WEN Bangchun.Machine design handbook：volume 2：chapter 9［M］.Beijing：China Machine Press，2015：82-153.
齿轮手册编委会.齿轮手册［M］.北京：机械工业出版社，2004：7.10-8.49.
Manual Gear Editorial Board.Gear manual［M］.Beijing：Mechanical Industry Press，2004：7.10-8.49.
SADEGH M，RAGNO E，AGHAKOUCHAK A.Multivariate copula analysis toolbox （MvCAT）：describing dependence and underlying uncertainty using a Bayesian framework［J］.Water Resources Research，2017，53（6）：5166-5183.
CHERUBINI U，LUCIANO E，VECCHIATO W.Copula Methods in Finance［M］.John Wiley & Sons Ltd，2004：150-186.
SANGHVI R C，VASHI A S，PATOLIA H P，et al.Multi-objective optimization of two-stage helical gear train using NSGA-Ⅱ［J］.Journal of Optimization，2014，20（14）：1-8.
翟禹尧，史贤俊，杨帅，等.不可靠测试条件下基于NSGA-Ⅱ的多目标测试优化选择［J］.北京航空航天大学学报，2021，47（4）：792-801.
ZHAI Yuyao，SHI Xianjun，YANG Shuai，et al.Multi-objective test optimization selection based on NSGA-Ⅱ under unreliable test conditions［J］.Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics，2021，47（4）：792-801.
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