外啮合齿轮泵传动轴设计的参数化研究

外啮合齿轮泵传动轴 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 的参数化研究 1??62 ?? 《机床与液压 》2005No11 外啮合齿轮泵传动轴设计的参数化研究 1, 2 1 2 2 李玉龙 , 刘 , 周 莹 , 王锡明 1合肥工业大学机械与汽车工程学院 , 安徽合肥 230009; 2 合肥学院机械系 , 安徽 合肥 230022 摘要 : 利用 U G软件提供的 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 达式和优化模块 , 能 一次成功地优化出外啮合齿轮泵传动轴和联接花键的基本参数 , 从 而避免了传统的 “先试算后校核再调整 ”的做法 。进而利用 U G软件的 主模型功能 , 可以很方便地实现上述设计的 完全参 数化 , 所得结果与已有结果比较吻合 。 关键词 : 齿轮泵 ; 传动轴 ; 优化 ; U G 中图分类号 : TH325 文献标识码 : A 文章编号 : 100 1 - 3881 2005 11 - 162 - 3 The Param eter D e sign of Tran sm ission Sh ift for Ex terna l Joggling Gear Pum p 1, 2 1 2 2 L I Yu long , L IU Kun , ZHOU Ying , WAN G X im ing 1M echan ical & Automotive Engineering College, Hefei Un iversity of Technology, H efei 230009, Ch ina; 2 D ep t of M echan ical, H efei U n iversity, H efei 230022 , Ch ina A b stract: B a sed on both the op tim um modu le and the w indow for inpu tting exp re ssion s under U G software, the basic p aram eters of tran sm ission sh ift and sp line were op tim ized, wh ich avoid s the traditional de sign shortage that these basic p aram eters p rearranged mu st be verifiedThe resu lts from op tim izing p rogram are coinciden t w ith the accurate data in a great m easu re Keywords: Gear pump ; Tran sm ission sh ift; Op tim ization; U n igrap h ics 0 引言 铰链双 支点梁, 支点的选取以及径向力的转化等如图 外啮合齿轮泵作为液压传动和控制系统的基本组 1所示, 假定齿轮两端的轴长均为 L Z , 则两个假想铰 件 , 被广泛应用于机械行业 。由于其主 、从传动轴的 设计涉及到大量的图表和公式 , 所以, 传统上常采用 的 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 是 “先试算后校核再调整 ”, 这种带有 “经验 试凑 ”的办法 , 不仅周期长 , 而且可靠性差 , 已经 越来越不能满足齿轮泵企业对产品的更高、更快 、更 好的要求 。U G作为一个很好的 CAD / CA E 集成软件 , 利用其 自身的优化模块 , 可以一步到位地设计出主 、 从传动轴的基本参数 ; 甚者 , 利用 U G 的主模型架 构 , 可以很方便地实现设计的参数化 。大大缩短了产 品开发的周期和设计质量 。 1 轴参数的优化设计 我们知道 , 当外啮合齿轮泵主 、从两轴尺寸完全 图 1 受力简化示意图 相同时 , 由于从动轴所受到的总径向力 F2 较主动轴 链上的反力[ 2 ] : 为大 , 故主 、从传动轴的轴径 D Z 和轴长 L Z 应由从动 F F 05q ×B 05F A B C 2 轴决定 [ 1 ] 。 作 用在危险断面处的弯曲扭矩 : 由参考文献 [ 1 ] 知 : M F ×05 ×L 025F ×L A Z 2 Z Δ [ 2 ] F2 085 p ×B ×D e 危险 断面处的对称循环弯曲应力 : Δ 其中: p ―压力差 M Pa ; M 32M 8F2 ×L Z σ B ―齿轮宽度 mm ; a W π 3 π 3 D Z D Z D e ―齿顶圆直径 mm 。 故 强度约束 : 考虑主 、从动轴与齿轮为一体时的体积最小为设 σ ε - 1 σ g 1 1 - 0 计 目标, 设计变量 D 和 L , 则 目标函数 : ηKσσ Z Z W a π 2 式中: η―危险断面处的弯曲强度许用安全系数; V L Z , D Z 025 L Z D Z W σ ―对称循环弯曲疲劳极限; 11 弯曲强度约束 - 1 由参考文献 [ 1] 知, 可视从动轴为图 1 的可动 Kσ―弯曲的有效应力集中系数; 基金项 目: 安徽省教育厅 自然科学研究项 目 项 目编号 : 2004KJ3 17 《机床与液压 》2005No11 1??63 ?? ε σ―绝对尺寸对弯 曲的疲劳极 限影响系数 。 q―齿轮泵排量 mL / r ; ψ 12 弯曲刚度约 束 ―各齿间载荷 不均匀系数; 由于从动轴上没有扭矩的作用, 所以只计算它的 h ―花键齿工作高度, 常取 h m ; H H H L ―花键齿工作长度 mm ; 弯曲刚度 挠度 , 在两侧采用滑动轴承的条件下, H 过大的从动轴挠度, 会使滑动轴承的局部单位压力剧 D ―花键平均直径 mm , D mH ×ZH 。 增, 从而使润滑油膜破裂, 造成烧伤 。为了防止这种 2 1 花键抗弯强度约束 破坏, 首先必须尽可能地减少从动轴的挠度 。在计算 2 T σ k 1 - 1 0 ψ σ Z h L D 轴的挠度时, 对于滑动轴承假定轴径上所受的载荷为 H H H - 1 均布载荷 q , 载荷加在轴承的轴线上 。 2 2 主动轴抗扭强度约束 Z 17F ×L 3 T [ 1] 2 Z τ 由图 1知 : yA C , 得弯曲刚度约束 : k 2 2W τ - 1 0 768E I P - 1 3 π [ y ] 其中: WP ―抗扭断面系数, WP D Z / 16; g 2 - 1 0 y τ ―抗扭转疲劳极限 M Pa 。 A C - 1 式中: yA C ―轴的挠度 mm ; 2 3 主动轴扭转刚度约束 [ 2] [ y ] ―轴许用挠度 取 [ y ] 0005mm[ 2 ] ; π L Z +LH +LS 32 T 5 2 k 3 - 4 0 360000 π E ―弹性模量 取 E 2 1 ×10 N /mm ; G D Z D4 32 T π L Z +LH +LS I―轴径截面惯性矩 I Z mm4 。 k 4 4 - 0 64 π 180000 G D Z 13 滑动轴承宽径比约束 [ 2 ] : 4 其中: G―轴材料的剪切弹性模量 8 ×10 M Pa ; L Z LH ―主动轴伸出壳体的工作长度 mm 。 g 3 07 - 0 D Z 2 4 花 键宽径比约束[ 2 ] g 4 L Z - 15 0 k 5 04 - LH 0 D Z mH ZH 14 滑动轴承平均压强约束[ 2] LH k 6 - 14 0 F2 mH ZH g 5 5 - 0 L Z D Z 2 5 几 何约束 F2 DH g 6 L Z D Z - 15 0 k 7 D Z - 1 0 15 几何约束 D Z k 8 12 - 0 Df DH g 7 16 - 0 D Z 则 花键参数的优化设计模型为: 则从动轴参数优化设计的模型为: 2 T 2 M inσ mH , ZH , LH 2 π ψ M inV L Z , D Z 025 L Z D Z Z h L m H H H H stg u 0 u 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 stk i 0 i 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 2 花键参数的优化设计 我们知道 : 主动轴常通过端面花键与外部原动机 相联接, 而花键的设计常是先选择模数 mH 和齿数 ZH , 再根据强度公式计算出花键的工作长度 LH 。首 先假设选用 30 ?渐开线的花键, 则花键的模数 mH 范 围为 025 ,10[ 2 ] , 齿数 ZH 范围为 10 ,70[ 2 ] 。 以花键的抗弯强度为设计 目标, 设计变量为 mH 、 ZH 、LH , 则 目标函数 [ 1] : 2 T 2 T σ mH , ZH , LH 2 ψ Z h L D ψ H H H Z h L m H H H H Δ [ 1] 图 2 优化表达式输入和配置示意图 500 p q 式中: T―转矩 N ??mm , T πη , 3 U G中优化的实现 m η―机械效率, 常取 088 ,091; 首先, 合并以上两优化项 目为: m 1??64 ?? 《机床与液压 》2005No11 2 α π M inf L Z , D Z , mH , ZH , LH ×0125 L Z D Z + 数化 建模 ; 而花键和齿轮的 CAD 模型则要利用到 U G 2 T 软件 的规律 曲线 , 并需要一定技巧 。结果如图 3 所 β 2 2 ψ LH mH ZH 示 , 具体的实现过程可参阅参考文献 [ 4 ] , 这样建 stg u 0 u 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 立的主 、从动轴 CAD 模型可直接供下一步 CA E 分析 stk i 0 i 1, 2, 3, 4, 5, 6 和工程出图使用 。 α β 式中: , 分别为数量级和重要程度系数 。 6 结束语 其次, 在图 2 左侧的 U G表达式窗口中, 输入 以 1 U G软件的表达式功能 , 能实现主 、从 传动 上所有 目标函数和约束函数以及设计变量初值 。 轴基于设计要求及齿轮基本参数的函数描述 ; 最后, 在图 2 右侧的 U G优化向导窗口中, 分别 2 U G软件的优化模块 , 能优化出传动轴和 花 配置 目标函数 、设计变量 、约束函数和收敛准则后, 键的基本参数 , 其结果能自动跟随设计要求变化而变 就可以执行优化功能, 其优化值将返回到表达式窗 化 , 人为参与极少 , 并且节省了大量优化程序的编制 口。 时 间, 很大程度上方便了用户的操作 ; 由于设计变量 L Z 、D Z 、mH 、ZH 、LH 中的变量 3 基于 U G设计平台的外啮合齿轮泵传动轴设 mH 、ZH 为离散型, 而且轴径 D Z 也需要根据 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 轴 计 , 能真正实现其全参数优化设计 、有限元分析 、自 承的 内径进行 圆整 。对于 m 、Z 的优化值 m 、 H H H 动出 图的无缝连接 ; Z , 可以通过分别计算与它们相邻的四组 目标函数 α β H 4 , 的取值对优化结果影响很大 ; 值, 取其最 小值, 可确定 m 、Z 的圆整值 m e 、 5 根据需要 , 目标函数和约束条件可以互换 ; H H H Z e , 对于 D 的圆整可以利用 U G表达式的逻辑判断 6 为了节省优化时间, 可允许部分违背次要 H Z 约 束 ; “if 判断条件 执行 else 执行 ”语句来进行 。 4 实例运算 7 文中所涉及到的齿轮宽度 B 和齿顶圆直径 Δ Δ 现以 20CrMnTi材料为例 , 各项参数如下 : p D e , 其实也是由设计指标 p 和 q优化的结果 , 其优 174M Pa; B 266mm ; D 36208mm ; η 15; 化算 法可参阅文献 [ 5 ] 。 e W σ 525M Pa; K 22; ε 095; η 09; q 参 考文献 - 1 a σ m 16mL / r; ψ 075; τ 300M Pa; 设计变量的初始 【1 】何存兴 液压元件 [M ] 北京 : 机械工业 出版社 , - 1 值 : D 0 20mm ; L 0 10mm ; m 0 1; Z 0 15; 1985 Z Z H H 0 0 【2 】 杨黎明等 机械零件设计手册 [M ] 北京 : 国防工 LH 25mm ; LS 20mm ; 收敛准则是相对精度为 业出版社 , 1995 00 1; 取 【3 】李志华 液压齿轮泵 CAD I [D ] 合肥 : 合肥工 0 2 T α 业大学 , 1993 2334 0 0 0 0 0 ψ ZH ZH mH mH LH 【4 】 李玉龙 U G下车用齿轮泵齿轮强度分析 [ J ] 哈尔 β π 0 0 0 0125 × ×L Z ×D Z ×D Z 157 1 滨 : 机械工程师 , 2003 10 4 1 优化结果 【5 】李玉龙 基于 SUM T技术的汽车油泵优化设计 [ J ] 0 D Z 1778; L Z 2509; mH 059; ZH 成都 : 西华大学 , 2003 2 2216; LH 1005 作者简介 : 李玉龙 1968 , , 男 , 讲师 , 江苏扬州 4 2 圆整结果 人 , 199 1毕业于甘肃工业大学化机专业 , 1994 年合肥工业 e e e e e 大学 机械学硕士研 究生毕业 , 现在合肥联合大学从事 D Z 18; L Z 25; mH 05; ZH 22; LH CAD /CAM 的教学和科研工作 。主要研究对象是产品优化 10 [ 3 ] 设计 。 电话 : 0551 - 2 158424 办公室 , E - m ail: leo - 以上结果与参考文献所提供的数据 完全吻 合 。 world@ 163com 。 5 参数化 CAD 模型建立 收稿时间: 2004 - 06 - 14 U G软件所提供 的表达 式功能 , 不仅可以提供使用 者输入设计的独立变量和中 订杂志 免费刊登广告 间变量的表达式 。而且这些 订阅全年 《机床与液压 》杂志可获赠介绍 中间变量能够与独立变量的 单位基本信息广告一次 ; 若另加 54 元 即 150 变化保持一致和全局的相关 元 可获赠 60mm ×70mm 单色广告一次 ; 另加 性 。主 、从动轴只要使用一 600 元可获赠全年 12 期 60mm ×70mm 单色广告 。 般的特征建模就可以实现参图 3 自动参数绘制结果图