文档介绍：硕士专业学位论文
(2010 届)
直线共轭齿廓内啮合齿轮泵的
优化设计
The optimum design of the straight line
conjugate meshing gear pump
研究生姓名包轩庭
指导教师姓名芮延年
专业名称机械工程
研究方向机械电子工程
论文提交日期
直线共轭齿廓内啮合齿轮泵的优化设计中文摘要
直线共轭齿廓内啮合齿轮泵的优化设计
中文摘要
本学位论文以直线共轭齿廓内啮合齿轮泵为研究对象,对其齿廓成形原理、
啮合特性、流量特性、设计参数、限制条件等问题进行了较深入的分析和研究;
对齿轮泵的啮合齿轮副和主轴等关键零件进行了有限元分析;结合遗传算法和
人工神经网络等优化算法,对主轴以最轻重量为目标进行了优化设计;设计、
制作了一台直线共轭齿廓内啮合齿轮泵样机,并对其进行了实验研究。具体研
究工作总结如下:
第一章概述。本章首先介绍了课题来源,国内外研究现状以及本论文主要
研究内容,为本论文后续研究明确了方向。
第二章直线齿廓齿轮泵啮合分析与几何计算。根据齿轮啮合原理,利用复
数矢量法,建立了啮合线方程和齿廓曲线方程,研究了啮合角的变化规律,对
啮合点、极限齿根圆半径、重合度以及任意圆上的齿厚等参数进行了计算,推
导出了齿轮泵的理论排量、瞬时流量、流量脉动的数学计算公式;对啮合点的
运动特性和滑动系数进行了分析;深入研究了齿轮泵的啮合特性、流量特性,
进行了排量的计算;最后以单位体积的排量最大和流量脉动率最小为目标函数,
以压力角、重合度、齿顶圆齿厚、啮合极限半径和齿廓重迭干涉等条件为约束
函数,建立了直线齿廓内啮合齿轮泵优化设计数学模型,为课题研究奠定了理
论基础。
第三章内啮合齿轮及主轴的有限元分析。通过对齿轮泵的啮合齿轮副及主
轴受力分析,建立了数学模型;利用 ANSYS 软件对其进行了有限元分析;通过
分析,为后期的设计、制作齿轮泵提供了依据。
第四章主轴的优化设计。根据人工神经网络的特点,实现了主轴结构性能
的近似分析,并利用遗传算法实现了性能指标为设计变量隐函数下的主轴结构
优化设计。在满足主轴上各段尺寸的约束条件、刚度和振动稳定性要求条件下,
进行了主轴最轻重量设计。
I
中文摘要直线共轭齿廓内啮合齿轮泵的优化设计
第五章直线共轭齿廓内啮合齿轮泵的实验研究。在理论计算和优化设计的
基础上,利用 PRO/engineer 进行了齿轮泵三维模型的结构设计,并制作了一台
样机。利用制作的样机对其相关参数进行了实验研究,验证了本研究设计的齿
轮泵具有结构简单、紧凑,工作平稳,噪音低,脉动小等优点。
本文的创新点:
(1)利用复数矢量法建立齿轮啮合线方程和内齿轮共轭齿廓曲线方程,简化
了计算量;
(2)结合人工神经网络和遗传算法的特点,解决了主轴在满足一定约束条件
下的优化设计问题。
关键词:直线共轭内啮合齿轮;啮合原理;有限元分析;实验研究
作者:包轩庭
指导教师:芮延年(教授)
II
直线共轭齿廓内啮合齿轮泵的优化设计英文摘要
The optimum design of the straight line conjugate
meshing gear pump
Abstract
This thesis on a straight line conjugate profiles of internal gear pump is the
object of its tooth profile forming principle, mesh properties, flow characteristics,
design parameters, constraints and other issues more in-depth analysis and research;
which the gear pump The gear mechanism and the spindle, and other key parts of the
finite element analysis; combination of ic algorithms and artificial neural
network optimization algorithms, the lightest weight of the spindle to the optimal
design for the