一种流体动压润滑径向滑动轴承优化制备方法与流程

1.本发明涉及一种滑动轴承设计方法，特别是涉及一种流体动压润滑径向滑动轴承优化制备方法。该方法为一种基于多生态环境选择策略的多目标进化算法（meea）的流体动压润滑径向滑动轴承优化的制备方法。


背景技术：

2.流体动压润滑径向滑动轴承这一机械由于其平稳、可靠和无噪声的特点，其被广泛应用于高速轻载的工况条件下。滑动轴承似乎有一个简单的外部几何结构，但不同的形状参数设置可能对轴承性能有不同的影响，如液体摩擦系数、发热量和承载能力系数。传统的轴承设计方法是通过经验法进行优化设计的，但这种方法往往需要进行大量试验和试错。因此，通过多目标优化算法来对轴承进行优化设计就显得十分重要。
3.滑动轴承有一个简单的外部几何结构，但不同的形状参数设置对轴承性能有不同的影响。传统的轴承设计方法是通过经验法进行优化设计的，但这种方法往往需要进行大量试验和试错。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种流体动压润滑径向滑动轴承优化制备方法，该方法提出了一种基于多生态环境选择策略的多目标进化算法对流体动压润滑径向滑动轴承优化的制备方法。通过分析目标空间中的个体进化特征建立了生态环境，并以此为主体主导环境中个体选择的偏好，在一定程度上缓解了进化过程中收敛性和多样性之间的矛盾，通过该方法对流体动压润滑径向滑动轴承进行优化，验证了设计后的效果显著，在提高轴承在实际工况上的性能问题上提供了方法依据。
5.本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种流体动压润滑径向滑动轴承优化制备方法，所述方法包括以下步骤：：步骤 1：建立流体动压润滑径向滑动轴承优化设计模型（目标函数）；步骤 2：meea的基本理论描述；步骤 3：采用多生态环境选择策略的多目标进化算法对流体动压润滑径向滑动轴承进行优化，并得到一组解集；步骤 4：将优化后的结果与传统的设计方案进行对比。
6.所述的一种流体动压润滑径向滑动轴承优化制备方法，所述步骤1流体动压润滑径向滑动轴承的优化设计包括三个部分：设计变量、目标函数和约束条件；（1）设计变量流体动压润滑径向滑动轴承的主要参数是宽径比、相对间隙和润滑剂的动态粘，其中和分别表示轴承的宽度和直径轴承；轴承设计变量如下：
（2）目标函数流体动压润滑径向滑动轴承有三个重要的性能指标，即液体摩擦系数、发热量和承载能力系数；为了获得最佳的轴承性能，以最小的热量产生，最小摩擦系数和最大承载力为优化目标；三个目标函数如下：其中是轴颈的角速度；是轴承的平均比压力；是轴承宽度与直径的比率系数；当时，，否则；是轴承的工作负载；是轴颈的圆周速度；（3）约束条件为了避免轴承中的滚道之间金属接触而导致轴承磨损，必须考虑摩擦表面粗糙度、最小油膜厚度、轴和轴承的弹性和热变形，润滑剂的清洁度和杂质的大小等影响；因此，第一个约束如下：其中是考虑几何误差，安装误差，轴颈变形等的安全系数，通常取为；和分别是轴颈和轴承孔的表面粗糙度；轴承的宽径比应符合设计要求如下：比压应满足限制条件如下：
轴承的相对游隙会影响轴承容量，最小油膜厚度，功耗和轴承温度升高；相对游隙应满足约束如下：润滑油的粘度的约束如下：。
7.所述的一种流体动压润滑径向滑动轴承优化制备方法，所述步骤2meea算法的思想是将目标空间分成不同类型的生态环境：通过分析目标空间中的个体进化特征建立了生态环境，并以此为主体主导环境中个体选择的偏好；首先采用了将具有明显趋势的解为局部生态环境的中心，该解称为突出解；然后寻找该突出解的个相邻个体作为邻居；最后，考虑了目标空间环境的复杂性，将生态环境进行分类。
8.所述的一种流体动压润滑径向滑动轴承优化制备方法，所述步骤2中将生态环境进行分类；该分类包括积极环境：上一代突出解在以当代突出解为中心的生态环境中出现了一个且两者之间的欧式距离大于领域的突出解到当代突出解的平均欧式距离；积极生态环境的特征为该目标空间能够较大可能上产生有效个体；相对而言无效个体为个体在该空间的进化处于相对停滞状态；懒惰环境：小于平均欧式距离；懒惰环境的特征为该目标空间中的个体进化处于相对停滞状态；新环境：突出解为中心的生态环境中并没有探索到上一代突出解；新环境的特征为可能探索到的了新空间区域，对于多样性维护有很大的价值；拥挤环境：以当代突出解为生态环境的区域中搜索到超过两个(包括两个)上一代突出解，则定义该环境为拥挤环境；拥挤环境的特征为该目标空间中由于个体过于拥挤，而导致在寻找突出解时出现了两个突出解的位置很近的情况。
9.所述的一种流体动压润滑径向滑动轴承优化制备方法，所述步骤2中将生态环境进行分类；在环境选择中首先考虑选择生态环境中的个体；分别考虑了不同的生态环境特征，保留生态环境中不同数量的个体进入下一代；然后，根据个体之间的余弦相似度选择其他的非支配解以此维护目标空间中帕累托前沿的多样性；与考虑整个空间的多样性或者单个个体收敛性的方法不同，提出的环境选择方式优先以局部目标空间为单位进行后代选择；当种群中的非支配解小于种群数量时，优先考虑非支配解进入下一代，再选择一些支配解维护多样性。
10.所述的一种流体动压润滑径向滑动轴承优化制备方法，所述meea的核心思想，首
先，将目标空间划分为若干不同类型的生态环境；其次，在环境选择上，优先考虑生态环境的收敛性性或多样性，而将种群整体多样性的维持放在后面；通过以上步骤自适应的缓解收敛性和多样性之间的矛盾。
11.所述的一种流体动压润滑径向滑动轴承优化制备方法，所述步骤3采用多生态环境选择策略的多目标进化算法对流体动压润滑径向滑动轴承的三个性能指标进行优化，即液体摩擦系数、发热量和承载能力系数；算法步骤如流程图。
12.本发明的优点与效果是：本发明提出一种基于多生态环境选择策略的多目标进化算法对流体动压润滑径向滑动轴承优化的制备方法。通过分析目标空间中的个体进化特征建立了生态环境，并以此为主体主导环境中个体选择的偏好。在一定程度上缓解了进化过程中收敛性和多样性之间的矛盾。通过该方法对流体动压润滑径向滑动轴承进行优化，验证了方法的可以有效提升轴承的性能。
13.本发明通过分析目标空间中的个体进化特征建立了生态环境并以此为主体主导环境中个体选择的偏好，以此缓解了收敛性和多样性之间的矛盾。使用该算法对流体动压润滑径向滑动轴承进行多目标优化设计，提高了轴承在实际工况下的使用性能。
附图说明
14.图1为本发明生态环境说明图；图2 为本发明新环境图；图3 为本发明积极环境图；图4 为本发明拥挤环境图；图5 为本发明懒惰环境图；图6 为本发明流体动压润滑径向滑动轴承优化的帕累托前沿图；图7 为本发明算法步骤流程图。
具体实施方式
15.下面结合附图所示实施例对本发明进行详细说明。
16.本发明一种基于多目标优化算法的流体动压润滑径向滑动轴承优化的制备方法，所述方法包括以下步骤：步骤 1：建立流体动压润滑径向滑动轴承优化设计模型（目标函数）；步骤 2：meea的基本理论描述；步骤 3：采用多生态环境选择策略的多目标进化算法对流体动压润滑径向滑动轴承进行优化，并得到一组解集；步骤 4：将优化后的结果与传统的设计方案进行对比；步骤1.1：流体动压润滑径向滑动轴承的优化设计包括三个部分：设计变量、目标函数和约束条件。
17.（1）设计变量。
18.流体动压润滑径向滑动轴承的主要参数是宽径比、相对间隙和润滑剂的
动态粘，其中和分别表示轴承的宽度和直径轴承。轴承设计变量如下：（1）（2）目标函数。
19.流体动压润滑径向滑动轴承有三个重要的性能指标，即液体摩擦系数、发热量和承载能力系数。为了获得最佳的轴承性能，以最小的热量产生，最小摩擦系数和最大承载力为优化目标。三个目标函数如下：（2）（3）（4）其中是轴颈的角速度；是轴承的平均比压力；是轴承宽度与直径的比率系数。当时，，否则；是轴承的工作负载；是轴颈的圆周速度。
20.（3）约束条件。
21.为了避免轴承中的滚道之间金属接触而导致轴承磨损，必须考虑摩擦表面粗糙度、最小油膜厚度、轴和轴承的弹性和热变形，润滑剂的清洁度和杂质的大小等的影响。因此，第一个约束如下：(5)其中是考虑几何误差，安装误差，轴颈变形等的安全系数，通常取为；和分别是轴颈和轴承孔的表面粗糙度。
22.轴承的宽径比应符合设计要求如下：(6)（7）比压应满足限制条件如下：（8）
（9）轴承的相对游隙会影响轴承容量，最小油膜厚度，功耗和轴承温度升高。相对游隙应满足约束如下：（10）（11）润滑油的粘度的约束如下：（12）（13）步骤1.2：meea算法的思想是将目标空间分成不同类型的生态环境：通过分析目标空间中的个体进化特征建立了生态环境，并以此为主体并主导环境中个体选择的偏好。
23.在本发明中，首先采用了将具有明显趋势的解为局部生态环境的中心，该解称为突出解。然后寻找该突出解的个相邻个体作为邻居。最后，考虑了目标空间环境的复杂性，将生态环境进行了分类。
24.积极环境：上一代突出解在以当代突出解为中心的生态环境中出现了一个且两者之间的欧式距离大于领域的突出解到当代突出解的平均欧式距离。积极生态环境的特征为该目标空间能够较大可能上产生有效个体。相对而言无效个体为个体在该空间的进化处于相对停滞状态。
25.懒惰环境：小于平均欧式距离。懒惰环境的特征为该目标空间中的个体进化处于相对停滞状态。
26.新环境：突出解为中心的生态环境中并没有探索到上一代突出解。新环境的特征为可能探索到的了新空间区域，对于多样性维护有很大的价值。
27.拥挤环境：以当代突出解为生态环境的区域中搜索到超过两个(包括两个)上一代突出解，则定义该环境为拥挤环境。拥挤环境的特征为该目标空间中由于个体过于拥挤，而导致在寻找突出解时出现了两个突出解的位置很近的情况。
28.在环境选择中首先考虑选择生态环境中的个体。分别考虑了不同的生态环境特征，保留生态环境中不同数量的个体进入下一代。然后，根据个体之间的余弦相似度选择其他的非支配解以此维护目标空间中帕累托前沿的多样性。与考虑整个空间的多样性或者单个个体收敛性的方法不同，提出的环境选择方式优先以局部目标空间为单位进行后代选择。当种群中的非支配解小于种群数量时，优先考虑非支配解进入下一代，再选择一些支配解维护多样性。
29.meea的核心思想是：首先，将目标空间划分为若干不同类型的生态环境；其次，在环境选择上，优先考虑生态环境的收敛性性或多样性，而将种群整体多样性的维持放在后面。通过以上步骤自适应的缓解收敛性和多样性之间的矛盾。
30.步骤1.3：本发明通过采用多生态环境选择策略的多目标进化算法对流体动压润
滑径向滑动轴承的三个性能指标进行优化，即液体摩擦系数、发热量和承载能力系数。
31.本发明通过采用多生态环境选择策略的多目标进化算法对流体动压润滑径向滑动轴承的三个性能指标进行优化，即液体摩擦系数、发热量和承载能力系数。
32.已知的工作负载为35 kn，轴的直径为和速度为。取，，，，。设置种群数量为500，评估次数为500000。
33.表1 优化设计结果与常规设计结果的比较本发明选择帕累托中间的点作为设计参数。从表1可以看出，本发明采用多生态环境选择策略的多目标进化算法进行优化设计的轴承性能已经得到了改善。与常规设计相比，摩擦系数降低了12.5%，发热量降低了7.7%，承载力提高了232.7%。这种优化方案在工程实践中具有更大的实用价值。