尺寸参数及加工参数的优化方法及该方法制造的轴桥技术

本发明专利技术公开了一种尺寸参数及加工参数的优化方法，优化对象是设计参数；构造轴桥设计制造一体优化模型的目标函数以及设计参数的约束函数；按公式一即轴桥设计制造一体优化模型，通过序列二次规划对轴桥尺寸参数及轴桥加工参数进行优化：求解获得最优的轴桥尺寸参数及轴桥加工参数。本发明专利技术通过公式一进行迭代计算，可由初始现有轴桥的相关参数计算出各设计参数的优化值，既满足约束阈值、又使得最小，使最终得到的轴桥尺寸参数和轴桥加工参数能够在保证性能目标的前提下实现成本最优。本发明专利技术还提供了使用该优化方法制造的轴桥。发明专利技术还提供了使用该优化方法制造的轴桥。发明专利技术还提供了使用该优化方法制造的轴桥。

Optimization method of size parameters and processing parameters and axle bridge manufactured by this method

【技术实现步骤摘要】
尺寸参数及加工参数的优化方法及该方法制造的轴桥


[0001]本专利技术涉及机械加工
，尤其涉及车辆转向架用轴桥的结构及加工方法的优化技术。

技术介绍

[0002]随着城市轨道交通的迅速发展，低地板车辆因其经济、环保、方便、舒适等优点，成为城市交通的重要选择。
[0003]轴桥作为低地板车辆转向架的重要部件，支撑起整个车体的重量，轴桥两端连接的独立轮在电机驱动下独自旋转并带动车辆行驶。为减少轴桥设计制造成本，保证车辆运行的性能和安全性，对轴桥的结构、加工性能以及与独立轮的装配精度等均具有较高的要求。
[0004]现有的轴桥对结构上包括轴身，轴身左右两端分别设有弹簧座，弹簧座沿前后方向延伸，正对轴身的弹簧座向上设有轴头，轴头在背离轴身的方向上设有大轴颈，大轴颈在背离轴头的方向上同轴设有小轴颈；轴头以外的弹簧座上设有弹簧座中心孔。
[0005]轴桥结构形状复杂不规则，加工难度较大。对于轴桥锻焊件毛坯，在加工轴桥轴颈部位采用车削、精铣和磨削加工工艺，由于轴桥为尺寸较大的曲轴类零件，重心不在轴颈中心线上，在对轴桥两侧的轴颈进行车削磨削时需要轴桥旋转而加工，故容易产生较大的离心力，需要克服轴桥因偏心大和刚性不好的原因而导致的轴颈尺寸、表面质量、形位公差不好的问题。
[0006]专利技术人通过国内专利文献检索发现有一些相关专利文献报道，主要有以下一些：
[0007]公开号CN205022599U的专利公开一种“低地板轨道车辆用轴桥结构”，该结构包括两个对称设置的轴头组件，两个轴头组件之间通过水平梁连接，轴头组件整体铸造而成，水平梁为金属板拼接焊接而成，轴头组件与水平梁之间通过焊接固定连接，在两个轴头组件中均设置有用于与车轮连接的连接座及用于安装一系弹簧的弹簧安装座。该技术采用整体铸造的加工方式，加工成本较低，并可提高生产效率，而且此结构可以降低铸造工艺的难度，降低成本，也使轴桥具有足够的疲劳强度，工艺性良好。
[0008]公开号CN107953143A的专利公开“一种低地板有轨车辆用轴桥加工配重块(原配重工装)”专利技术，本专利技术涉及一种低地板有轨车辆用轴桥加工配重块(原配重工装)，包括配重架和配重支架，配重架包括左右两个支撑板，支撑板前后两侧均设置有连接板，连接板上设置有第一连接孔和第二连接孔，配重支架包括前后平行设置有两个横杆，前后两个横杆中部之间设置有纵杆，横杆左右两端均设置有连接块，连接块顶面设置有第三连接孔和第四连接孔。该专利技术避免了由于偏心旋转和轴桥的刚性原因而导致轴颈的尺寸和形位公差的偏差，解决了轴桥加工中最难解决的问题。
[0009]公开号CN104759848A的专利公开一种“低地板车辆用轴桥的制造方法”，该专利技术涉及一种低地板车辆用轴桥的制造方法，依次包括如下工序选料一制坯一利用锻模锻压成型一正火一粗加工一超声波探伤一热处理一抛丸一校正一半精加工一时效处理一精加工一
磁粉探伤一喷涂工序，使用本专利技术制造方法制造的低地板车辆用轴桥其轴颈、轴头、安装座和轴身为一个整体的单个部件，所述轴桥为整体锻造成型，具有缺陷少，基本没有气孔、砂眼、收缩等缺陷，生产成品率较高，成品性能优越，具有良好的机械性能。由于其一系列优点，整体式锻造轴桥适用于批量生产及使用。
[0010]上述这些专利文献均是针对轴桥的结构形式或装配性能展开，没有考虑到轴桥的设计制造成本，虽然带来了服役性能的提升，但却增加了设计加工的成本。
[0011]轴桥设计制造过程中的成本、服役性能优化，这些均是值得研究改进并进行保护的技术发展方向。

技术实现思路

[0012]本专利技术的目的在于提供一种尺寸参数及加工参数的优化方法，通过建立设计制造一体优化双重聚合目标函数、寿命及和服役过程(寿命)中的双重保守聚合约束函数，达到保障轴桥服役性能的同时，减少其设计制造总成本。
[0013]为实现上述目的，本专利技术提供了一种尺寸参数及加工参数的优化方法，用于制造轴桥，轴桥包括轴身，轴身左右两端分别设有弹簧座，弹簧座沿前后方向延伸；正对轴身的弹簧座向上设有轴头，轴头在背离轴身的方向上设有大轴颈，大轴颈在背离轴头的方向上同轴设有小轴颈，小轴颈的直径小于大轴颈的直径；小轴颈的长度为l1，大轴颈的长度为l2，
[0014]轴头以外的弹簧座上设有弹簧座中心孔；轴桥加工是将轴桥锻焊件毛坯加工为成品轴桥；
[0015]弹簧座、轴头、大轴颈和小轴颈组成一组单侧结构，单侧结构在轴身左右两端对称分布；
[0016]优化对象是设计参数；构造轴桥设计制造一体优化模型的目标函数以及设计参数的约束函数；
[0017](一)设计参数包括：
[0018]轴桥尺寸参数(x1,x2,x3,x4,x5,x6)、
[0019]车削小轴颈x1时的加工参数(x7,x8,x9)、
[0020]和车削大轴颈x2时的加工参数(x
10
,x
11
,x
12
)；
[0021]各设计参数均具有上下界约束；
[0022]其中，x1为小轴颈的直径，x2是大轴颈的直径，x3是弹簧座宽度，x4是弹簧座厚度，x5是轴身的高度，x6是轴身的宽度；x1至x6为轴桥尺寸参数；
[0023]x7是加工小轴颈时车削的切削速度，
[0024]x8是加工小轴颈时车削的进给量；
[0025]x9是加工小轴颈时车削的背吃刀量；
[0026]x
10
为加工大轴颈时车削的切削速度；
[0027]x
11
是加工大轴颈时车削的进给量；
[0028]x
12
是加工大轴颈时车削的背吃刀量；
[0029]x7至x
12
是轴桥加工参数；
[0030](二)轴桥设计制造一体优化模型的目标函数为：
[0031]轴桥设计制造总成本C
总
，包括设计阶段成本C
S
和制造阶段成本C
Z
；
是轴桥的总宽度；l5是轴头的高度；
[0060]轴桥的制造阶段成本C
Z
按公式三计算，公式三是：
[0061]C
Z
＝2
×
C
小
+2
×
C
大
+C
其它
；
[0062]公式三中，C
小
为小轴颈的总加工成本，C
大
为大轴颈的总加工成本，C
其它
为其它轴桥段的加工成本；
[0063]小轴颈的总加工成本C
小
包括直接车削成本C
M
、换刀成本C
R
以及刀具磨损成本C
D
，相应的计算公式如下：
[0064][0065][0066][0067]C
M
由加工小轴颈时的实际切削量和成本系数K0决定；
[0068]K0表示单本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.尺寸参数及加工参数的优化方法，轴桥包括轴身，轴身左右两端分别设有弹簧座，弹簧座沿前后方向延伸；正对轴身的弹簧座向上设有轴头，轴头在背离轴身的方向上设有大轴颈，大轴颈在背离轴头的方向上同轴设有小轴颈，小轴颈的直径小于大轴颈的直径；小轴颈的长度为l1，大轴颈的长度为l2，轴头以外的弹簧座上设有弹簧座中心孔；轴桥加工是将轴桥锻焊件毛坯加工为成品轴桥；弹簧座、轴头、大轴颈和小轴颈组成一组单侧结构，单侧结构在轴身左右两端对称分布；其特征在于：优化对象是设计参数；构造轴桥设计制造一体优化模型的目标函数以及设计参数的约束函数；(一)设计参数包括：轴桥尺寸参数(x1,x2,x3,x4,x5,x6)、车削小轴颈x1时的加工参数(x7,x8,x9)、和车削大轴颈x2时的加工参数(x
10
,x
11
,x
12
)；各设计参数均具有上下界约束；其中，x1为小轴颈的直径，x2是大轴颈的直径，x3是弹簧座宽度，x4是弹簧座厚度，x5是轴身的高度，x6是轴身的宽度；x1至x6为轴桥尺寸参数；x7是加工小轴颈时车削的切削速度，x8是加工小轴颈时车削的进给量；x9是加工小轴颈时车削的背吃刀量；x
10
为加工大轴颈时车削的切削速度；x
11
是加工大轴颈时车削的进给量；x
12
是加工大轴颈时车削的背吃刀量；x7至x
12
是轴桥加工参数；(二)轴桥设计制造一体优化模型的目标函数为：轴桥设计制造总成本C
总
，包括设计阶段成本C
S
和制造阶段成本C
Z
；(三)约束函数包括：疲劳寿命约束g1(x1,x2,x3,x4,x5,x6)、最大变形约束g2(x1,x2,x3,x4,x5,x6)、最大应力约束g3(x1,x2,x3,x4,x5,x6)、车削小轴颈时的最大变形约束g4(x1,x2,x3,x4,x5,x6,x7,x8,x9)、车削小轴颈时的最大应力约束g5(x1,x2,x3,x4,x5,x6,x7,x8,x9)、车削大轴颈时的最大变形约束g6(x1,x2,x3,x4,x5,x6,x
10
,x
11
,x
12
)以及车削大轴颈时的最大应力约束g7(x1,x2,x3,x4,x5,x6,x
10
,x
11
,x
12
)；各约束函数的括号内部分为设计参数，各约束函数的括号外的部分为约束函数的函数名；各约束函数均为其设计参数的隐式函数；按公式一即轴桥设计制造一体优化模型，通过序列二次规划对轴桥尺寸参数及轴桥加
工参数进行优化：min:C总＝C
S
+C
Z
s.t.:s.t.:s.t.:s.t.:s.t.:s.t.:s.t.:s.t.:公式一中，至为由企业确定的相应约束函数的阈值；以轴桥现有尺寸参数和加工参数为各设计参数赋予初始值，按照公式一进行仿真迭代计算，以各约束函数分别满足相应的阈值为条件筛选出仿真迭代计算中各设计参数的不同取值所对应的C
总
，计算所得最小的C
总
值所对应的各设计参数的值即为各设计参数的最优值。2.根据权利要求1所述的尺寸参数及加工参数的优化方法，其特征在于：还包括有轴桥设计制造总成本C
总
的优化方法：轴桥设计制造总成本C
总
的计算公式为C
总
＝C
S
+C
Z
；设计阶段成本C
S
＝C
材
+C
人
，C
人
为设计阶段的人工成本；C
材
为材料成本；材料成本C
材
按公式二计算，公式二是：其中，V是轴桥锻焊件毛坯的体积，ρ为轴桥锻焊件毛坯的材料密度，C
单价
是轴桥锻焊件毛坯的材料单价，l1是小轴颈的轴向长度，l2是大轴颈的轴向长度；l3是轴身的长度；l4是轴桥的总宽度；l5是轴头的高度；轴桥的制造阶段成本C
Z
按公式三计算，公式三是：C
Z
＝2
×
C
小
+2
×
C
大
+C
其它
；公式三中，C
小
为小轴颈的总加工成本，C
大
为大轴颈的总加工成本，C
其它
为其它轴桥段的加工成本；小轴颈的总加工成本C
小
包括直接车削成本C
M
、换刀成本C
R
以及刀具磨损成本C
D
，相应的计算公式如下：计算公式如下：
C
M
由加工小轴颈时的实际切削量和成本系数K0决定；K0表示单位时间人工成本和管理成本之和；K
t
表示加工小轴颈的刀具成本系数；t
e
表示换刀时间，T
p
表示刀具寿命，l1表示小轴颈的长度，C
其它
包括轴身的加工成本以及弹簧座处的镗孔加工成本，大轴颈的总加工成本C
大
包括直接车削成本换刀成本以及刀具磨损成本其计算公式如下：计算公式如下：计算公式如下：计算公式如下：由加工大轴颈时的实际切削量和成本系数K0决定；K0表示单位时间人工成本和管理成本之和；K
t*
表示加工大轴颈的刀具成本系数；t
e
表示换刀时间，T
p
表示刀具寿命。3.根据权利要求2所述的尺寸参数及加工参数的优化方法，其特征在于：构建轴桥疲劳寿命的双重聚合模型；公式一中，疲劳寿命约束g1(x1,x2,x3,x4,x5,x6)为x1至x6的隐式函数，通过实验或者有限元仿真得到g1具体值；采用双重聚合模型对设计参数
‑
疲劳寿命的隐式关系函数进行近似拟合，双重聚合模型的具体表达式为公式四：公式四中，为聚合Kriging模型，为聚合RBF模型，为聚合SVR模型；w
K
为聚合Kriging模型的权重值，w
R
为聚合RBF模型的权重值，w
S
为聚合SVR模型的权重值；公式四的构建包括两步，第一步是构建和(4.1)聚合Kriging模型的表达式具体为：其中，是以Corrgauss为相关模型的Kriging模型，
是以corrlin为相关模型的Kriging模型，是以Cubic为相关模型的Kriging模型；聚合Kriging模型中w1,w2和w3的计算公式是：w1,w2和w3的计算公式中，为的相关系数，为的相关系数，为的相关系数；将和统称为相关系数的计算公式如下：相关系数的计算公式中，n为构建近似模型的样本点数目，y
i
为第i个样本点处轴桥性能响应的真实值，是n个样本点处性能响应真实值的均值，为第i个样本点处轴桥疲劳寿命的预测值，通过调用第j个Kriging近似模型得到；(4.2)聚合RBF模型的表达式具体为：聚合RBF模型的表达式中，是以Corrgauss为核函数的RBF模型，是以lin...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晓科，马军，张亚琳，尹春洋，朱恒，明五一，曹阳，何文斌，刘琨，都金光，段留洋，
申请(专利权)人：郑州轻工业大学，
类型：发明
国别省市：