Багатооб’єктивна оптимізація двоступеневої циліндричної коробки передач з подвійними передачами на другому ступіні з використанням техніки пилки для зменшення площі днища та підвищення ефективності

Abstract

Two-stage helical gearboxes featuring two gears in the second stage are widely used across various industries. This gearbox design helps enhanced load capacity, increases consistent force distribution, and minimizes operational noise. One significant challenge in the design of this type of gearbox is the simultaneous optimization of multiple design criteria, including transmission efficiency and overall size. Optimizing gearbox design involves more than selecting an appropriate gear configuration; it necessitates a complete approach that balances performance with size, ensures sustainable operation, and minimizes manufacturing costs. This study was conducted to develop a method for solving the multi-objective optimization problem (MOOP) related to the design of a two-stage helical gearbox (TSHG) containing double gears in the second stage (DGSS). The primary focus is on two single-objective functions: maximizing gearbox efficiency and minimizing the gearbox bottom area. This study investigates three primary design parameters: the gear ratio of the first stage (u1), the gear width coefficient of the first stage (Xba1), and second stage (Xba2). The optimization process was carried out in two distinct stages. The initial phase focused on the single-objective optimization problem aimed at minimizing the gap among the variable levels. The second stage concentrated on dealing with the MOOP to identify the optimal design parameters. The Simple Additive Weighting (SAW) method was employed to solve the multi-criteria decision-making (MCDM) problem, while the MEREC technique was utilized to establish the weights of the criteria. The implementation of SAW in this context introduces a novel methodology that streamlines the identification of the optimal solution while enhancing the precision of the outcomes. Moreover, addressing the MOOP problem in a two-stage approach reduces the solution process and enhances the precision of the outcomes. The proposed optimized values of the primary design parameters aim to enhance gearbox efficiency and maximize installation space, thereby facilitating potential applications across diverse industriesДвоступінчасті циліндричні редуктори з двома передачами на другому ступені широко використовуються в різних галузях промисловості. Ця конструкція коробки передач допомагає збільшити вантажопідйомність, збільшує рівномірний розподіл сил і мінімізує робочий шум. Однією з важливих проблем у розробці цього типу коробки передач є одночасна оптимізація кількох проектних критеріїв, включаючи ефективність трансмісії та загальний розмір. Оптимізація конструкції коробки передач передбачає більше, ніж вибір відповідної конфігурації коробки передач; це потребує повного підходу, який збалансовує продуктивність із розміром, забезпечує стабільну роботу та мінімізує виробничі витрати. Це дослідження було проведено для розробки методу розв’язання задачі багатоцільової оптимізації (MOOP), пов’язаної з конструкцією двоступеневої циліндричної коробки передач (TSHG), що містить подвійні передачі на другому ступені (DGSS). Основна увага приділяється двом єдиним цілям: максимізації ефективності коробки передач і мінімізації площі днища коробки передач. У цьому дослідженні досліджуються три основні конструктивні параметри: передавальне число першого ступеня (u1), коефіцієнт ширини передачі першого ступеня (Xba1) і другого ступеня (Xba2). Процес оптимізації проводився в два окремі етапи. Початкова фаза була зосереджена на задачі оптимізації з однією метою, спрямованою на мінімізацію розриву між рівнями змінних. Другий етап був зосереджений на роботі з MOOP для визначення оптимальних параметрів проекту. Метод простого адитивного зважування (SAW) використовувався для вирішення проблеми багатокритеріального прийняття рішень (MCDM), тоді як метод MEREC використовувався для встановлення ваг критеріїв. Впровадження SAW у цьому контексті представляє нову методологію, яка спрощує ідентифікацію оптимального рішення, одночасно підвищуючи точність результатів. Крім того, вирішення проблеми MOOP у двоетапний підхід скорочує процес вирішення та підвищує точність результатів. Запропоновані оптимізовані значення основних конструктивних параметрів мають на меті підвищити ефективність коробки передач і максимізувати простір для установки, тим самим полегшуючи потенційне застосування в різних галузях промисловост