基于MATLAB的无啮合力齿轮泵结构优化设计.pdf

第28卷第2期安徽理工大学学报(自然科学版)Vol.28No.2
2008年6月JournalofAnhuiUniversityofScienceandTechnology(NaturalScience)Jun.2008

基于MATLAB的无啮合力齿轮泵结构优化设计

周毅钧,栾振辉,唐琼

(安徽理工大学机械工程学院,安徽淮南232001)

摘要:针对普通齿轮泵存在较大的不平衡径向力等问题,介绍了无啮合力齿轮泵的设计思
想、结构原理和特点,以无啮合力齿轮泵体积最小为目标建立无啮合力齿轮泵的优化数学模
型,应用MATLAB优化工具箱进行无啮合力齿轮泵的结构参数优化设计,在满足约束条件下
对其主要参数进行运算,得出了优化结果,提高了设计精度和设计效率。
关键词:无啮合力齿轮泵;MATLAB;优化设计
中图分类号:TH325文献标识码:A文章编号:167221098(2008)0220051204
OptimizedDesignofAGearPumpwithoutMesh2force
BasedonMATLAB
ZHOUYi2jun,LUANZhen2hui,TANGQiong
(SchoolofMechanicalEngineering,AnhuiUniversityofScienceandTechnology,HuainanAnhui232001,China)
Abstract:Highunbalancedradialforceandotherproblemsoccurintraditionalgearpumps.Inthepapera
gearpumpwithoutmesh2forcedesignidea,structureprincipleandcharacteristicswerepresented.A
optimizeddesignmathematicalgorithmaimingatminimumcubageofthegearpumpwasestablished.Its
contractureparameterswereoptimizedwithoptimizationtoolboxinMATLAB.Theprimaryparameters
wereoptimizedbycalculationontheconditionofconstraintssatisfied.Thedesignprecisionand
efficiencywereimproved.
Keywords:gearpumpwithoutmesh2force;MATLAB;optimizeddesign

1结构原理
无啮合力齿轮泵是在齿轮传动与齿轮泵工作
原理相结合的基础上提出的一种新型液压动力元
件,其设计思想是将动力传递与吸排液分开设计,
使传递动力的啮合力由同步齿轮承担,而吸排液
齿轮只承受液压力。其结构原理如图1所示,主要
由传动轴1、同步齿轮3、隔板4、吸排液齿轮(7)、
轴承5、泵体6及前后泵盖等组成。原动机动力由
传动轴输入,经同步齿轮传递给吸排液齿轮,吸
排液齿轮通过花键套装在传动轴上。按照齿轮泵
工作原理,一对吸排液齿轮可实现液体的吸入与
排出。因此吸排液齿轮只承受因吸排液而产生
,1.传动轴;2.前盖;3.同步齿轮;4.隔板;5.轴承
[1]
的液压力。6.泵体;(7).吸排液齿轮;8.后盖;9.从动轴
图1无啮合力齿轮泵的结构原理

收稿日期:2008205215
基金项目:安徽省高校青年教师科研资助项目(2008jq1040)
作者简介:周毅钧(19732),男,安徽来安人,讲师,在读博士,主要从事机械制造及自动化方面的教学和研究工作。
25安徽理工大学学报(自然科学版)第28卷

对于普通齿轮泵,由于动力传递和吸排液共用解最优值。可以方便地对无啮合力齿轮泵进行优化
同一对齿轮,使得齿轮(轴)上同时作用啮合力和液设计。
压力,尤其是从动齿轮(轴),在啮合力与液压力的
2.1目标函数
共同作用下,承受着很大的径向载荷,致使支撑从
动齿轮(轴)的轴承过早失效,并且随着齿轮泵工作无啮合力齿轮泵的初始参数为理论排量q=50
压力的提高,从动齿轮(轴)上的径向载荷也越大。mLör、压力16MPa、转速1500römin,以无啮合力
提高齿轮泵的工作压力是齿轮泵的一个发展方向,齿轮泵体积最小为目标。为了计算的方便,以图2
而提高工作压力所带来的问题是:①轴承寿命大所示的截面积近似计算无啮合力齿轮泵的体积,则
大缩短;②泵泄漏加剧,容积效率下降。产生这两无啮合力齿轮泵的体积表达式为
个问题的根本原因在于齿轮上作用了不平衡的径V=H(PR2+2Rmz)
向力,并且工作压力越高,径向力越大。式中:V为无啮合力齿轮泵的体积;H为泵体的轴
国