[發明專利]一種齒輪傳動裝置的非概率可靠性評估方法

有效

• 申請號: 201911076340.1
• 申請日: 2019-11-06
• 公開（公告）號: CN110851975B
• 公開（公告）日: 2021-03-16
• 發明（設計）人: 劉鑫;龔敏;周振華;劉祥;陳德
• 申請（專利權）人: 長沙理工大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/17;G06F111/10;G06F119/14;G06F119/02
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本發明公開了一種齒輪傳動裝置的非概率可靠性評估方法，該方法通過證據理論對齒輪傳動裝置可靠性評估過程中的不確定性因素進行描述，并建立齒輪傳動裝置的極限狀態函數；為了提升計算效率，通過徑向基函數來構建真實極限狀態函數的近似模型，并利用樣本點局部加密來提高近似模型的擬合精度，同時基于一階近似可靠性分析方法對近似可靠性評估問題進行求解，從而獲得衡量齒輪傳動裝置可靠性的可信度和似真度；本發明不但能有效構建齒輪傳動裝置設計過程中的不確定性變量，而且可從本質上提高求解可信度和似真度的計算效率和求解質量，在齒輪傳動裝置可靠性評估領域具有廣泛的工程應用價值。

技術領域

本發明涉及齒輪傳動裝置可靠性評估領域，具體涉及一種齒輪傳動裝置的非概率可靠性評估方法。

背景技術

齒輪傳動裝置是機械傳動系統中最常見的傳動形式之一。齒輪傳動裝置的可靠性將直接影響到機械系統的傳動效率，而在齒輪傳動裝置的設計過程當中，齒輪所承受的最大應力必須小于其最大許用應力。

針對齒輪傳動裝置的可靠性評估與設計，現有的方法存在以下問題：

1、現有針對齒輪傳動裝置的設計方法，大部分是在系統參數模型處于確定性條件下展開研究的，但在實際的齒輪傳動裝置設計過程中，由于邊界條件、初始條件、測量條件存在誤差或不確定性，如果仍把這些因素看作確定性因素來對待，則將導致系統響應與實際響應產生較大的偏差。

2、針對齒輪傳動裝置的可靠性評估方法，現有的一些方法采用概率模型來描述不確定性設計變量，如公開號為CN105138794A的專利“一種直齒輪傳動系統可靠性評估方法”，但實際的設計過程中，許多不確定變量因缺乏足夠的樣本數據而致使概率分布密度未知，從而導致很難精確地獲得不確定性設計變量的概率分布。

3、針對齒輪傳動裝置的可靠性評估方法，現有的一些方法采用非概率凸集模型來描述不確定性設計變量，如公開號為CN102446239A的專利“考慮認知和隨機不確定性的齒輪傳動多學科可靠性分析方法”，該專利依據設計參數不確定性數據的完備性，通過概率模型和非概率凸集模型來描述不確定性設計參數，雖然描述不確定性設計參數的非概率凸集模型并不需要精確的概率分布，但由于非概率凸集模型過多的強調極端工況，從而將會造成保守設計。

4、對于齒輪傳動裝置這類復雜的可靠性評估問題而言，往往涉及非常耗時的數值分析模型。因此，為了克服優化效率低下的缺點，少部分現有技術使用了近似模型技術，但部分專利只是對近似模型進行了一次構建，而針對齒輪傳動裝置這類復雜的工程問題而言，一次近似模型的建立是無法保證可靠性評估的精度的；雖然公開號為CN107273609A的專利“一種基于Kriging模型齒輪傳動可靠性評估方法”通過Kriging模型實現了對齒輪傳動裝置多次近似模型的重構，但該專利的設計參數均采用隨機變量來描述，即隨機變量分布類型需通過數據收集和假設檢驗得到，這將導致很難精確地獲得隨機變量的概率分布，其次該專利無論是構建近似模型還是對結構功能函數進行可靠性評估都用到了蒙特卡羅方法，這都需要采集大量的樣本點，從而致使計算效率的下降。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有齒輪傳動裝置可靠性評估方法存在的上述問題，提出了一種齒輪傳動裝置的非概率可靠性評估方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種齒輪傳動裝置的非概率可靠性評估方法，包括如下步驟：

步驟1：對齒輪傳動裝置設計過程中的不確定性因素進行分析，并根據樣本點的信息確定證據變量的識別框架與基本可信度分配，然后根據實際問題構建如公式(1)所示的針對齒輪傳動裝置可靠性評估的極限狀態函數g(X)：

g(X)＝g₀ 公式(1)

公式(1)中，g₀為許可響應值，證據變量由公式(2)中的n個焦元所構成：