(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111580984.1 (22)申请日 2021.12.2 2 (71)申请人 荆门市五三机 械设备制造有限公司 地址 434000 湖北省荆州市屈家岭管理区 太子路北， 工业园区 (72)发明人 何玉琴　毛砚锋　陶波　李公法　 江都　黄莉　童锡良　郝志强　 (74)专利代理 机构 北京哌智科创知识产权代理 事务所(普通 合伙) 11745 代理人 张元媛 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种基于灵敏度分析的十字轴多目标优化 设计方法 (57)摘要 十字万向联轴器是机械传动系统中的关键 组成部分， 十字轴是传递转矩的关键部件。 在通 常情况下， 十字轴最易疲劳和变形， 主要原因是 承载了较大扭矩及其结构的不合理性。 传统的设 计方法主要靠实际经验确定十字轴的关键尺寸， 设计周期长、 可靠性低。 本发明基于十字轴的灵 敏度分析对其关键尺寸进行筛选， 然后以十字轴 的关键尺寸为设计变量， 以降低最大等效应力、 减小整体变形为优化目标， 基于稀 疏网格的实验 方法和Kriging插值法构建了响应面， 最后利用 多目标遗传算法完成了十字轴的优化设计， 与原 结构方案相比 ， 十字轴的最大变形减小了 0.4717mm(22.35％)， 最大等效应力降低了 130.35Mp a(17.21％)。 使十字轴在满足强度、 刚 度要求的同时结构更加合理， 显著提高了万向联 轴器的工作可靠性。 权利要求书2页 说明书7页 附图4页 CN 114218716 A 2022.03.22 CN 114218716 A 1.一种基于灵敏度分析的十字轴多目标优化设计方法， 其特征在于， 所述方法包括以 下步骤： S1： 参数化建模 将十字轴主要尺寸参数化， 分别为轴身宽度、 长度、 厚度、 轴颈高度、 外径、 圆角1、 圆角 2， 将这7个尺寸设置为输入变量； S2:静应力分析及求 解 利用有限元理论， 对相关结果进行分析， 得到模型最大应力位置以及最大位移值， 用以 确定需要优化的目标； S3： 优化目标设置 经过静应力分析及求解， 得到模型计算结果， 从结果中得到最大应力位置以及最大位 移， 用以确定需要优化的目标； S4： 灵敏度分析 S5： 响应面构建： 在建立立方差一致性假设的基础上， 先拟合一阶模型， 再由脊分析得 到优化域进而进行二阶响应面的拟合； S6： 响应面优化： 以十 字轴刚度最、 强度最大、 质量默认为目标函数； S7： 优化参数评估 通过计算得到相关最优候选点， 将候选点进行星级对比可选择出最优点， 将选择候选 点输入到静应力学求 解得到相应的计算结果； S8： 输出优化结果： 将得到的计算 最优结果输出。 2.如权利要求1所述的一种基于灵敏度分析的十字轴多目标优化设计方法， 其特征在 于， 步骤S4具体为： 分析结构性能参数Tj对结构设计参数xi变化的敏感性， 即 在有限元线性静态分析的优化分析中， 约束和目标函数均有可能是静力平衡方程位移 解的响应； 记为T＝T( δ )， 而位移式设计 变量的隐函数， 记为 δ ＝ δ(X)， 则 T＝T( δ(X) )    (1‑2) 静力平衡方程可表示 为 [K]{ δ }＝{F}     (1‑3) 对上式左右两端求关于第i项设计 变量xi的偏微分并移项可 得 式(1‑5)可以用来 求解位移对设计 变量的灵敏度， 将其使用全微分的形式表示 由于载荷向量F并不随设计变量的变化而变化， 故ΔF＝0， 所以Δδ＝ ‑[K]‑1Δ[K]{δ}， 于是， 目标函数或约束等有关节点位移函数的性能参数对设计变量xi的灵敏度可由下式求权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114218716 A 2出 权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114218716 A 3