TỐI ƯU HÓA ĐA MỤC TIÊU HỘP GIẢM TỐC BÁNH RĂNG CẤP CHẬM PHÂN ĐÔI BẰNG THUẬT TOÁN NSGA-II VÀ EDAS: GIẢM THIỂU DIỆN TÍCH MẶT CẮT NGANG VÀ TỐI ĐA HÓA HIỆU SUẤT

Tóm tắt

Nghiên cứu này trình bày phương pháp tối ưu hóa đa mục tiêu cho hộp giảm tốc bánh răng trụ răng nghiêng hai cấp có cấp ra phân đôi nhằm đồng thời giảm nhỏ nhất diện tích mặt cắt ngang và tăng lớn nhất hiệu suất truyền động của hộp giảm tốc. Một mô hình thiết kế toán học có xét đến các ràng buộc hình học, quan hệ tỷ số truyền, điều kiện bền và đặc tính hiệu suất đã được xây dựng. Thuật toán NSGA-II được sử dụng để tạo tập nghiệm Pareto tối ưu, trong khi phương pháp EDAS được áp dụng để lựa chọn các phương án thiết kế cân bằng nhất. Kết quả cho thấy tồn tại sự đánh đổi rõ rệt giữa tính gọn nhẹ và hiệu suất truyền động. Khi tỷ số truyền tổng tăng, các đường Pareto dịch chuyển theo hướng diện tích mặt cắt ngang lớn hơn và hiệu suất thấp hơn. Ngoài ra, một quan hệ tuyến tính rất chặt chẽ giữa tỷ số truyền tổng và tỷ số truyền tối ưu của cấp nhanh đã được xác định với hệ số xác định lớn hơn 0,99. Kết quả này cung cấp cơ sở hữu ích cho việc phân phối tỷ số truyền sơ bộ trong hộp giảm tốc phân đôi. Khung tối ưu hóa NSGA-II–EDAS đề xuất cho thấy hiệu quả cao trong việc khám phá không gian nghiệm khả thi và lựa chọn các nghiệm thỏa hiệp phù hợp cho thiết kế hộp giảm tốc gọn nhẹ và hiệu suất cao.

Title

MULTI-OBJECTIVE OPTIMIZATION OF A TWO-STAGE HELICAL GEAR REDUCER WITH A SPLIT OUTPUT STAGE USING NSGA-II AND EDAS: MINIMIZING CROSS-SECTIONAL AREA AND MAXIMIZING EFFICIENCY

Abstract

This study presents a multi-objective optimization approach for a two-stage helical gear reducer with a split output stage to simultaneously minimize the gearbox cross-sectional area and maximize transmission efficiency. A mathematical design model incorporating geometric constraints, transmission relationships, strength conditions, and efficiency characteristics was developed. The NSGA-II algorithm was employed to generate Pareto-optimal solutions, while the EDAS method was used to identify the most balanced design alternatives. The results revealed a clear trade-off between compactness and efficiency. As the total transmission ratio increased, the Pareto fronts shifted toward larger cross-sectional areas and lower efficiencies. A strong linear relationship was also observed between the total transmission ratio and the optimal first-stage transmission ratio, with coefficients of determination exceeding 0.99. This finding provides valuable insight for preliminary transmission ratio allocation in splitstage gear reducers. The proposed NSGA-II–EDAS framework proved effective in exploring the feasible design space and selecting practical compromise solutions for compact and high-efficiency gearbox systems.