matlab斜齿齿轮泵的优化设计

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摘要本文分析了斜齿齿轮泵的优化设计问题，构建了一个以斜齿齿轮泵的输出流量脉动最小为目标函数的斜齿齿轮泵齿轮优化设计的数学模型。用matlab优化工具箱对此模型进行优化，编写出程序，在计算机上运行。然后将优化后的参数进行验证，验证结果表明，优化设计的结果流量脉动降低，优化效果明显。最后，应用相关优化设计参数计算齿轮泵的相关尺寸，运用cad进行三维建模，得到齿轮泵的实体模型。68456

毕业论文关键词齿轮泵斜齿轮优化设计 matlab CAD建模

Title Optimal design of Helical gear pump

Abstract

This paper discusses the optimal design of helical gear pump, and sets up the minimal goal of the flow pulse, gives an optimal mathematic model of the gear for this pump. Combined with some examples, the mathematical optimization model is developed, in order to reduce the helical gear pump flow pulsation, by means of the matlab optimal toolbox function. The mathematical model is solved, compiled, and successfully run on computers. The optimization result is verified, the result shows that the optimal design, compared with the conventional design, reduces the flow pulsation, and the optimization effect is significant. Finally, the optimization parameters are used to calculate the associated dimensions of the helical gear pump, and the three-dimensional CAD model is created according to the calculated results.

Keywords Gear gump; Helical Gear;Optimal Design; Matlab ;CAD modeling

1. 绪论 1

1.1 齿轮泵的发展及其研究现状1

1.2 斜齿轮泵的工作原理3

1.3 齿轮泵的优化设计 4

1.4 齿轮泵的设计路线和研究手段4

2. 建模和分析计算 6

2.1流量脉动数学模型的建立 6

2.2设计变量的确定以及确定目标函数6

2.3约束条件的建立7

3.优化实例11

3.1确定设计变量 11

3.2建立目标函数 11

3.3用约束条件进行优化设计11

4. 结果分析及尺寸计算12

4.1用Matlab7.0中的fmincon的函数进行优化 12

4.2优化结果及其分析14

4.3相关尺寸计算15

5.斜齿齿轮泵三维实体建模18

5.1斜齿轮的创建18

5.2齿轮轴的创建19

5.3创建箱体 20

5.4创建泵前盖23

5.5斜齿齿轮泵总装 25

结论 28

致谢 29

参考文献 30

附录A 主程序M文件 31

附录B 目标函数M文件 34

附录C 约束条件M文件 35

1 绪论

1.1 齿轮泵的发展及研究现状

早2000多年前,人类就发明了齿轮装置,早期的齿轮采用木料或者金属铸造成形,只能在两轴间传递运动,不能保证传动的平稳性,也不能保证承载能力。随着生产力的发展,齿轮运转的平稳性越发受到重视，17世纪年丹麦天文学家罗默提出用外摆线作齿廓曲线,用来得到运转平稳的齿轮。18世纪工业后,齿轮技术得到快速发展,人们对齿轮进行了大量的研究。18世纪初法国数学家mika发表了齿廓啮合基本定律，1765年瑞士数学家LEuler建议采用渐开线作齿廓曲线[1]。

渐开线圆柱齿轮自L.Euler提出后，特别是19世纪出现的插齿机和滚齿机，逐渐解决了渐开线齿轮的生产问题和精度问题,渐开线齿轮在工业界取得了的绝对优势地位。在科技飞速发展的今天，齿轮传动作为组成机械传动的重要部分，由于其传动效率高，功率大，结构紧凑，传动平稳，传动比精确等诸多优点而被广泛应用在化工、汽车、航空、能源等国民经济的重要领域中。作为齿轮在工业中应用的一种重要装置，齿轮泵在液压传动与控制技术中占有很大比重,其主要特点是体积小、结构简单、重量轻、自吸性好、使用可靠、寿命较长、维修方便、价格便宜、制造容易。但渐开线型齿轮泵的缺点也不少，主要是流量和困油引起的压力脉动较大、噪音较大、排量固定、高温下效率低等。某些缺点在某些结构经过改进的齿轮泵上己得到了不小的改善。近年来，齿轮泵的工作压力提高了很多。额定压力平均可达到25MPa，最高压力可达31.5MPa。另外，产品结构也有改进了不少，特别是三联，四联齿轮泵的问世，部分地解决了齿轮泵不能变量的困难。而复合齿轮泵的出现使齿轮泵的流量均匀性得到了很大的提高。其使用领域也在不断扩展。许多过去使用柱塞泵的液压设备也已经改用齿轮泵(如工程起重机等)。