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基于Matlab的外啮合齿轮泵多目标优化设计的研究【摘要】本文探讨齿了轮泵的泄漏机理，并对其泄漏问题所带来的危害进行详细分析。以齿轮泵的流量脉动系数最小和体积最小为目标函数，建立优化学数模型，应用Matlab优化工具箱求解目标函数最优值。结果表明，优化后的齿轮泵结构更紧凑，使用MATLAB优化工具箱更便捷、高效。【关键词】齿轮泵；流量脉动；优化设计；目标函数引言液压传动技术中，外啮合齿轮泵为整个系统提供能量，是核心元件之一，其依靠密封工作容积变化实现工作介质的吸排，从而将机械能转化为液压能。泄漏问题一直是阻碍齿轮泵发展的一个重要因素，大大降低了齿轮泵的效率。而外啮合齿轮泵因具有制造和维修成本低、工作可靠、自吸能力强等优点而广泛应用于机床、食品、化工等机械的中低压系统中。随着齿轮泵的大量使用和性能的不断提高，传统的可靠性设计存在周期长、率低等缺点，不能满足当前的实际需求。由于计算机软件的发展，采用机械优化设计方法代替以往的设计方法。1齿轮泵的泄露问题1.1泄露机理齿轮泵泄露有多方面因素，比如泵各部件加工工艺以及其材料选择、密封元件的加工精度和具有良好密封性材料的选择、密封方式的选择以及密封元件与泵部件配合方式等。但液压泵的主要泄露是各部件间存在间隙，所以缝隙泄漏在泵泄漏中占有较大比重，是主要泄漏方式。同时齿轮泵存在的泄漏机理还有动力泄漏、粘附泄漏和多孔隙泄漏。1.2泄露存在的危害泄露问题一直是影响齿轮泵发展和应用的关键技术之一。泄漏问题不但直接影响系统的工作稳定性、安全性、以及经济性，还会降低泵的传动效率，加快泵元件磨损和老化，特别在水压传动技术中，泵的效率降低非常明显，同时泄漏的工件介质还造成工作环境污染，危害周围动植物的生长。泄漏的介质不断冲刷工件表面，会造成元件表面破坏，缩短泵使用寿命，现时造成振动和噪声。由此可知，齿轮泵的泄漏问题，是阻碍其发展和应用的一个重大难题。2齿轮泵的结构优化设计2.1确定目标函数和设计变量齿轮泵的流量不均匀性是影响其工作稳定性的关键因素之一，较大的流量脉动产生噪声和振动，影响液压泵的发展。而体积小、质量轻又是液压泵发展的一个趋势。所以本文以齿轮泵流量脉动系数最小和体积最小为目标函数建立优化设计数学模型，选取适当的设计变量，在约束条件下求解最优值。为了便于计算泵的体积，本文假定：（1）泵体内轴的长度等于齿宽；（2）液压泵的体积大小等于两齿轮和齿轮轴的体积之和；（3）齿轮轴颈尺寸相等。所以建立液压泵在目标函数为：从上表中前后两种优化结果可知，优化后齿轮泵的体积更小，其结构也更加紧凑。4结语本文阐述了液压泵的泄漏机理，并对泄漏所带来在危害时行了分析探讨，同时利用MATLAB优化工具箱对一组外啮合齿轮泵体积最小问题进行了优化设计，设计周期短，工作量小，大大提高了设计效率。设计后的齿轮泵结构更加紧凑合理、体积更小，从而降低了材料等产生成本。与传统的求解结果相比，外啮合齿轮泵的各项参数比较合理、设计精度较高、MATLAB的优化算法的靠性更更强。参考文献：[1]万苏文，曹海军，刘虎，等.基于MATLAB大型齿轮传动装置设计的多目标优化[J].煤矿机械，20012（01）.[2]阮学云，谢加保，马科斌.基于MATLAB齿轮泵的结构优化设计[J].煤矿机械，2007（12）.[3]童新华，李爱玲.基于Matlab的外啮合齿轮泵结构优化[J].机械，2010（37）.[4]何存兴.液压元件[M].北京：机械工业出版社.1985.作者简介：胡正锋（1977—），男，安徽宿州人，助理工程师，2000年毕业于徐州职业建筑学院机电专业，主要从事煤矿液压元件的研究工作。