基于多目标粒子群-遗传混合算法的高速球轴承优化设计方法

作     者：杨文 叶帅 姚齐水 余江鸿 胡美娟 YANG Wen;YE Shuai;YAO Qishui;YU Jianghong;HU Meijuan

作者机构：湖南铁道职业技术学院智能制造学院 高性能滚动轴承技术湖南省高校重点实验室 湖南工业大学机械工程学院 株洲联诚集团控股股份有限公司 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(51175168) 湖南省自然科学基金资助项目(2021JJ60069) 湖南省教育厅优秀青年项目(21B0897) 

出 版 物：《机电工程》 (Journal of Mechanical & Electrical Engineering)

年 卷 期：2025年第42卷第2期

页      码：226-236页

摘      要：目前以新能源汽车电驱系统等为代表的超高转速运行场景越来越多，对轴承类关键零部件的性能要求也不断提高，对轴承的承载性能和温升控制也提出了更高的要求。为了优化轴承的结构，提升其服役性能，以新能源汽车电驱系统6206轴承为例，提出了一种基于多目标粒子群-遗传混合算法的球轴承结构优化设计方法。首先，建立了以轴承最大额定动载荷、最大额定静载荷和最小摩擦生热率为目标函数的优化数学模型；然后，利用多目标粒子群算法(MOPSO)的全局搜索能力和改进非支配排序遗传算法(NSGA-II)的进化操作，引入粒子寻优速度控制策略、交叉变异策略和罚函数机制，解决了带约束优化问题求解和局部最优问题，增强了算法的收敛速度和解集探索能力；最后，在特定工况下对轴承结构进行了优化，采用层次分析法，从Pareto前沿中优选了内外圈沟曲率半径系数、滚动体数量、滚动体直径和节圆直径的最优值。研究结果表明：在16 kN径向载荷、15 000 r/min的高转速工况下，以新能源汽车电驱系统6206型深沟球轴承为例进行了分析，结果显示，优化后的轴承接触应力下降了21.2%,应变下降了25.6%,摩擦生热下降了16.7%,体现了该方法在收敛性能、寻优速度等方面的优势。该优化设计方法可为球轴承的工程应用提供有价值的参考。

主 题 词：高速球轴承结构设计 多目标粒子群-遗传混合算法 改进非支配排序遗传算法 优化设计目标函数 层次分析法 6206型深沟球轴承 

学科分类：12[管理学] 1201[管理学-管理科学与工程类] 081104[081104] 08[工学] 080203[080203] 0835[0835] 0802[工学-机械学] 0811[工学-水利类] 0812[工学-测绘类] 080201[080201] 

核心收录：

D　O　I：10.3969/j.issn.1001-4551.2025.02.004

馆 藏 号：203144210...