齿轮泵齿轮基本参数的优化设.pdf

第 19 卷第 3 期 江 西 农 业 大 学 学 报 Vol . 19 ,No . 3 1997 年 9 月 Act a Agricult urae U niver sit atis J iangxiensis Sept . ,1997 齿轮泵齿轮基本参数的优化设计 1 1 2 李志华 　刘小思 　顾广华 ( 1 　江西农业大学工程技术学院 ,南昌 330045 ; 2 　合肥工业大学 ,合肥 230009) 摘要 :在分析齿轮泵各性能指标的基础上 ,构建了一个多 目标离散变量优化设计数学模型 ,并综 合应用约束变尺度法 CVMOL 和离散变量复合形法 MDCP 两种优化方法 ,解决了求解离散变量最 优化问题 。通过对引进新产品 QC16 / 17 型齿轮动力油泵进行优化后发现 :优化结果与泵的实际 参数很吻合 。 关键词 :齿轮泵 ;多目标优化设计 ;齿轮的基本参数 中图分类号 : TH325 0 　引　　言 随着液压技术的发展 ,齿轮泵已获得 日益广泛的应用 ,对齿轮泵性能的要求也越来越高 。 外啮合齿轮泵中的一对齿轮是油泵的心脏 ,是最关键的元件 ,其参数选择合理与否 ,将直接影 响着泵的性能、噪声和寿命 。 在实际应用中 ,有些场合对齿轮泵流量的均匀性要求较高 ,如用于机床的中、低压齿轮泵 ; 有些场合则要求泵的尺寸小 ;或作用在齿轮的径向力小 ,从而延长轴承的寿命 ,如用于工程机 械及矿山机械的中高压和高压齿轮泵 。因此 ,考虑到齿轮泵工作条件 ,应用场合的不同 ,或者 设计者按具体条件考虑主要问题侧重面的不同 ,本文构建了一个多目标的优化设计数学模型 。 它包括 :1. 流量脉动率最小 ;2 . 单位排量体积最小 ;3 . 径向力最小这三个主要分 目标函数 。在 进行优化设计时 ,根据不同的使用要求 ,分别对上述三个分 目标函数取不同的权系数 ,来构造 一个统一的目标函数 ,然后利用单 目标函数的最优化方法进行优化 。 1 　数学模型的建立 1 . 1 　分析 反映齿轮泵性能的指标主要有两项 :一是泵的总效率 ;二是泵的脉动和噪声 。具体说来 , 减小齿轮径向力 ,减小单位排量泵的体积可以提高泵的效率 ; 降低泵的流量脉动率可以降低泵 的脉动和噪声 。而流量脉动率 δ, 齿轮径向力 F , 单位排量泵的体积 V 等指标与齿轮的基 Q q ( ξ) 本参数 模数 m , 齿数 z , 齿顶高系数 f 和变位系数 有着密切的联系 。其关系如图所示 。 1997 - 03 - 10 收稿 李志华等 :齿轮泵齿轮基本参数的优化设计 ·133 · ξ δ 图　m , z , f , 对 Vq , F , Q 的影响 由图可知, 为了减小各个分 目标函数值, 在条件许可下, 齿顶高系数 f 越大越好[ 1] , 变位 ξ 系数 越小越好; 并在相同工况条件下, 适当选取大的模数 m 和少的齿数 z , 可使油泵体积减 ( ) 小 但流量脉动率增大 。 1 . 2 　数学模型的建立 1 . 2 . 1 　设计变量 　当刀具压力角 α 确定后, 在一定的压力 P 和排量 q 下, 流量脉动率 δ 、单 n