本發明涉及傳動機構技術領域，具體涉及一種用于對皮帶輪進行優化的皮帶輪結構生成方法和系統。

背景技術：

滾筒洗衣機的皮帶輪是洗衣機的一個重要零部件，在電機和滾筒之間起轉乘作用。皮帶輪典型結構主要有：實心型、腹板型、孔板型和輪輻型。當前的洗衣機選用皮帶輪材料通常為金屬材料，例如鍍鋅鋼。

現有技術中常規的皮帶輪結構如圖1所示，此種設計方式使得所述皮帶輪的總體質量較大，由于其制作過程中耗材較多，因此，其制作成本較高。

因此，如何提供一種耗材較少的皮帶輪，成為本領域技術人員亟待解決的技術問題之一。

技術實現要素：

有鑒于此，本發明實施例提供一種用于對皮帶輪進行優化的皮帶輪結構生成方法和系統，以實現通過改進皮帶輪的降低所述皮帶輪的耗材，從而降低皮帶輪的制作成本。

為實現上述目的，本發明實施例提供如下技術方案：

一種皮帶輪結構生成方法，包括：

在標準皮帶輪的中心部位施加轉矩載荷，對所述標準皮帶輪進行靜力分析，獲得所述標準皮帶輪的初始應力及變形量分布數據；

設定優化參數，基于所述標準皮帶輪的初始應力及變形量分布數據對所述標準皮帶輪進行結構優化；

判斷優化后的皮帶輪的結構變形量是否達到設定值變形量約束值，如果是，輸出優化后的皮帶輪的結構參數，如果否，繼續對所述標準皮帶輪進行結構優化；

依據優化后的所述皮帶輪的結構參數進行幾何重構。

優選的，上述皮帶輪結構生成方法中，所述設定優化參數，基于所述標準皮帶輪的初始應力及變形量分布數據對所述標準皮帶輪進行結構優化，包括：

設定優化參數，基于所述標準皮帶輪的初始應力及變形量分布數據對所述標準皮帶輪的結構參數進行拓撲優化和形貌優化。

優選的，上述皮帶輪結構生成方法中，所述拓撲優化的優化參數被配置為：優化約束為變形量、優化變量為單元密度、目標函數為單元體積；所述形貌優化的優化參數被配置為：優化約束為變形量、優化變量為加強筋、目標函數為結構強度。

一種皮帶輪結構生成系統，包括：

數據采集單元，獲取標準皮帶輪的結構參數和初始應力及變形量分布數據，所述初始應力及變形量分布數據通過在標準皮帶輪的中心部位施加轉矩載荷，對所述標準皮帶輪進行靜力分析得到；

優化單元，用于獲取設定的優化參數，基于所述標準皮帶輪的初始應力及變形量分布數據對所述標準皮帶輪進行結構優化；判斷優化后的皮帶輪的結構變形量是否達到設定值變形量約束值，如果是，輸出優化后的皮帶輪的結構參數，如果否，繼續對所述標準皮帶輪進行結構優化；

重構單元，用于依據優化單元輸出的皮帶輪的結構參數進行幾何重構。

優選的，上述皮帶輪結構生成系統中，所述優化單元內配置有拓撲優化單元和形貌優化單元；

所述拓撲優化單元和形貌優化單元被配置為：依據設定的優化參數，基于所述標準皮帶輪的初始應力及變形量分布數據對所述標準皮帶輪的結構參數進行拓撲優化和形貌優化。

優選的，上述皮帶輪結構生成系統中，所述優化單元內配置內還配置有：

參數配置單元，用于配置拓撲優化單元和形貌優化單元的優化參數，具體的：

所述拓撲優化單元的優化參數被配置為：優化約束為變形量、優化變量為單元密度、目標函數為單元體積；所述形貌優化單元的優化參數被配置為：優化約束為變形量、優化變量為加強筋、目標函數為結構強度。

基于上述技術方案，本發明實施例提供的上述方案，通過在標準皮帶輪的中心部位施加轉矩載荷，對所述標準皮帶輪進行靜力分析，獲得所述標準皮帶輪的初始應力及變形量分布數據；設定優化參數，基于所述標準皮帶輪的初始應力及變形量分布數據對所述標準皮帶輪進行結構優化；判斷優化后的皮帶輪的結構變形量是否達到設定值變形量約束值，如果是，輸出優化后的皮帶輪的結構參數，依據優化后的所述皮帶輪的結構參數進行幾何重構。使得優化后的結構去除了所述標準皮帶輪中的無效區域，對皮帶輪的結構進行了重新調整，減少了所述皮帶輪的好裁量，降低了皮帶輪的成本。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據提供的附圖獲得其他的附圖。

圖1為本申請實施例公開的一種皮帶輪結構生成方法的流程示意圖；

圖2為現有技術中的一種皮帶輪的結構示意圖；

圖3為本申請實施例公開的一種皮帶輪結構生成系統的結構示意圖。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

皮帶輪作為洗衣機關鍵傳動部件，其主要起動力傳輸作用，能以較高效率值將電機扭矩傳遞到內筒轉子上，從而實現驅動內筒轉動并洗衣功能。圖1當前皮帶輪結構圖，其幾乎為整塊完整板料，對材料較為浪費，隨著生產成本控制及結構外形多樣化要求越來越高，對皮帶輪盤的結構優化顯得極有必要。

為了解決現有技術中，皮帶輪存在嚴重的材料浪費的問題，本申請公開了一種皮帶輪結構生成方法，參見圖1，該方法可以包括：

步驟s101：獲取標準皮帶輪的初始應力及變形量分布數據；

在本步驟中，可以采用現有技術中任意結構類型的皮帶輪作為所述標準皮帶輪，例如，其可以采用現有的如圖2所述的幾乎為整塊完整板料的皮帶輪為標準皮帶輪，通過對所述標準皮帶輪進行受力分析，得到所述標準皮帶輪在運行過程中的初始應力及變形量分布數據，在獲取所述初始應力及變形量分布數據時，可以通過在所述標準皮帶輪的中心施加轉矩載荷的方式模擬皮帶輪的工作過程，在施加轉矩載荷后，對所述標準皮帶輪進行經理分析可得到所述標準皮帶輪的初始應力及變形量分布數據；

步驟s102：獲取設定優化參數；

所述優化參數包括目標函數、優化約束參數以及優化變量參數；

步驟s103：進行結構優化；

在本步驟中，獲取到所述標準皮帶輪的初始應力及變形量分布數據后，基于所述優化參數以及初始應力及變形量分布數據生成設計變量，得到優化后的皮帶輪的結構參數；

步驟s104：判斷優化后的皮帶輪的變形量是否為約束值，如果是，執行步驟s105，否則，執行步驟s103；

在本步驟中，所述約束值可以為一特定的值，也可為一范圍值，當其為一范圍值時，只要所述優化后的皮帶輪的變形量在所述約束值所包含的范圍內，即可認為所述皮帶輪的變形量為約束值；

步驟s105：依據優化后的所述皮帶輪的結構參數進行幾何重構；

在本步驟中，當優化后的皮帶輪的形變量滿足上述條件時，獲取優化后得到的所述皮帶輪的結構參數及有限元模型，進一步利用幾何重構工具依據優化輸出的有限元模型和皮帶輪的結構參數重構出優化后的皮帶輪的幾何模型；經研究發現，優化后得到的皮帶輪模型不僅能減材、降低成本，依據變形量分布數據對所述皮帶輪的結構進行了重新設計，有效的改變了皮帶輪的結構強度分布，增加了皮帶輪在轉動過程中的轉動平衡性，進而使得皮帶輪的轉動更加穩定，降低了洗衣機的振動噪音。

在本申請上述實施例公開的技術方案中，在基于標準皮帶輪的初始應力及形變分布數據進行結構優化時，可以通過現有的優化方式進行優化，例如，在本申請實施例公開的技術方案中，可借助cae-optistruct拓補優化技術和形貌優化技術對洗衣機的皮帶輪的結構開展結構優化，具體的，在本申請實施例公開的技術方案中，所述步驟s103具體可以包括：由設定優化參數中獲取設計目標和約束，以所述標準皮帶輪的初始應力及變形量分布數據為基礎，進行最優材料的分布優化(拓撲優化)，由設定優化參數中性能指標和約束條件，以所述標準皮帶輪的初始應力及變形量分布數據為基礎，確定產品結構的編輯形狀或內部幾何圖形的設計方法(形貌優化)。

在本申請上述實施例公開的技術方案中，所述拓撲優化的優化參數被配置為：優化約束為變形量、優化變量為單元密度、目標函數為單元體積；所述形貌優化的優化參數被配置為：優化約束為變形量、優化變量為加強筋、目標函數為結構強度。所述優化約束作為上述約束條件，所述優化變量和目標函數作為上述性能指標和設計目標。

在配置好上述優化參數后，以標準皮帶輪靜力分析的初始應力及變形量分布數據為優化基礎，展開皮帶輪結構優化，優化方法主要分為拓撲和形貌優化兩種，本發明擬結合兩種方法對皮帶輪進行同步優化：

(1)拓撲優化

在拓撲優化的過程中，設定皮帶輪結構的變形量為優化約束條件，即結構在優化的過程中，其結構的形變量不能超過設定的約束值。皮帶輪結構拓撲優化以單元密度為設計變量，優化過程中單元密度的分布能直接反應結構局部位置加厚或去材的合理性。拓撲優化以單元體積為目標函數，以單元體積的最小化為最佳目標，同時又會受優化約束變形量和設計變量單元密度分布的控制，以保證優化過程中結構材料的最優分布。

(2)形貌優化

形貌優化同樣以皮帶輪結構的變形量為優化約束條件，拓撲優化過程中結構的形變量亦不能超過設定的約束值。皮帶輪形貌優化以加強筋為設計變量，通過加強筋的優化布置來滿足和提升優化的皮帶輪結構強度。皮帶輪形貌優化以結構強度為目標函數，即在通過加強筋的優化來提升結構的整體剛強度，具體以結構的固頻最高為最佳目標，同時受結構變形量約束條件限制。

當所述拓撲優化和形貌優化設定好優化參數后，進入皮帶輪結構優化循環，拓撲優化和形貌優化同步進行，沒進行一次拓撲優化和形貌優化時，兩種優化方式都會各自優化結果進行變形量的判定，當結構變形量小于設定的變形量約束值時，則系統判定為“no”，并自動進入下一步迭代優化(調整設計變量)，直到經過若干步迭代優化后，優化后的皮帶輪的結構變形量等于所述設定的約束值，則系統判定為“yes”，優化迭代停止，并輸出優化得到的由有限元單元組成的優化模型外觀。

針對于上述方法，本申請還公開了一種皮帶輪結構生成系統，該系統中的各個單元的配置方式可以與方法中的技術方案相互借鑒，參見圖3，該系統可以包括：可以包括一微處理器，所述微處理器內配置有預設程序，以實現下述數據采集單元100、優化單元200和重構單元300功能；其中：

數據采集單元100，其與方法中步驟s101相對應，被配置為：獲取標準皮帶輪的結構參數和初始應力及變形量分布數據，所述初始應力及變形量分布數據通過在標準皮帶輪的中心部位施加轉矩載荷，對所述標準皮帶輪進行靜力分析得到；

優化單元200，其與方法中步驟s102、103和104相對應，被配置為：用于獲取設定的優化參數，基于所述標準皮帶輪的初始應力及變形量分布數據對所述標準皮帶輪進行結構優化；判斷優化后的皮帶輪的結構變形量是否達到設定值變形量約束值，如果是，輸出優化后的皮帶輪的結構參數，如果否，繼續對所述標準皮帶輪進行結構優化；

重構單元300，其與方法中步驟s105相對應，被配置為：用于依據優化單元輸出的皮帶輪的結構參數進行幾何重構。

與上述方法向來對應，所述優化單元200內配置有拓撲優化單元210和形貌優化單元220；

所述拓撲優化單元210和形貌優化單元220被配置為：依據設定的優化參數，基于所述標準皮帶輪的初始應力及變形量分布數據對所述標準皮帶輪的結構參數進行拓撲優化和形貌優化。與上述方法相對應，所述拓撲優化單元210，在拓撲優化的過程中，設定皮帶輪結構的變形量為優化約束條件，即結構在優化的過程中，其結構的形變量不能超過設定的約束值。皮帶輪結構拓撲優化以單元密度為設計變量，優化過程中單元密度的分布能直接反應結構局部位置加厚或去材的合理性。拓撲優化以單元體積為目標函數，以單元體積的最小化為最佳目標，同時又會受優化約束變形量和設計變量單元密度分布的控制，以保證優化過程中結構材料的最優分布。所述形貌優化單元220，在優化過程中形貌優化同樣以皮帶輪結構的變形量為優化約束條件，拓撲優化過程中結構的形變量亦不能超過設定的約束值。皮帶輪形貌優化以加強筋為設計變量，通過加強筋的優化布置來滿足和提升優化的皮帶輪結構強度。皮帶輪形貌優化以結構強度為目標函數，即在通過加強筋的優化來提升結構的整體剛強度，具體以結構的固頻最高為最佳目標，同時受結構變形量約束條件限制。

為了方便用戶配置優化參數，所述優化單元內配置內還配置有：

參數配置單元，用于配置拓撲優化單元和形貌優化單元的優化參數，所述參數配置單元可以依據用戶需求自行配置所述優化參數的具體數據類型和數據值，優選的，在本申請實施例公開的技術方案中，所述拓撲優化單元的優化參數被配置為：優化約束為變形量、優化變量為單元密度、目標函數為單元體積；所述形貌優化單元的優化參數被配置為：優化約束為變形量、優化變量為加強筋、目標函數為結構強度。

為了描述的方便，描述以上系統時以功能分為各種模塊分別描述。當然，在實施本申請時可以把各模塊的功能在同一個或多個軟件和/或硬件中實現。

本說明書中的各個實施例均采用遞進的方式描述，各個實施例之間相同相似的部分互相參見即可，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處。尤其，對于系統或系統實施例而言，由于其基本相似于方法實施例，所以描述得比較簡單，相關之處參見方法實施例的部分說明即可。以上所描述的系統及系統實施例僅僅是示意性的，其中所述作為分離部件說明的單元可以是或者也可以不是物理上分開的，作為單元顯示的部件可以是或者也可以不是物理單元，即可以位于一個地方，或者也可以分布到多個網絡單元上。可以根據實際的需要選擇其中的部分或者全部模塊來實現本實施例方案的目的。本領域普通技術人員在不付出創造性勞動的情況下，即可以理解并實施。

專業人員還可以進一步意識到，結合本文中所公開的實施例描述的各示例的單元及算法步驟，能夠以電子硬件、計算機軟件或者二者的結合來實現，為了清楚地說明硬件和軟件的可互換性，在上述說明中已經按照功能一般性地描述了各示例的組成及步驟。這些功能究竟以硬件還是軟件方式來執行，取決于技術方案的特定應用和設計約束條件。專業技術人員可以對每個特定的應用來使用不同方法來實現所描述的功能，但是這種實現不應認為超出本發明的范圍。

結合本文中所公開的實施例描述的方法或算法的步驟可以直接用硬件、處理器執行的軟件模塊，或者二者的結合來實施。軟件模塊可以置于隨機存儲器(ram)、內存、只讀存儲器(rom)、電可編程rom、電可擦除可編程rom、寄存器、硬盤、可移動磁盤、cd-rom、或技術領域內所公知的任意其它形式的存儲介質中。

還需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關系術語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關系或者順序。而且，術語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設備中還存在另外的相同要素。

對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。