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齿轮喷药泵的有限元分析及优化

作　者: 胡艳如
导　师: 吕新民
学　校: 西北农林科技大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 齿轮喷药泵 流量脉动 非线性优化 模态分析 有限元分析
分类号: S491
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 108次
引　用: 3次
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内容摘要


农作物常常受到病虫害的侵袭,致使农作物的减产乃至绝收。喷雾机械是植保机械中应用最广泛的一种,是确保农林业丰产丰收的重要保障之一。齿轮泵是喷雾机械的主要工作部件,它直接影响着喷雾机械的综合性能。为提高齿轮泵的性能,以外啮合齿轮喷药泵为研究对象,结合CAD/CAE计算机技术对YQCB100齿轮喷药泵进行有限元分析及优化。(1)对YQCB100齿轮泵进行了测量计算,得到齿轮喷药泵的基本尺寸参数,利用三维实体造型软件Por/E绘制了齿轮喷药泵的各个零部件的三维几何模型,并构建了齿轮喷药泵的三维装配模型。(2)对接触模型的类型和求解方法做了研究探讨,利用ANSYS有限元分析软件构建了齿轮喷药泵的有限元接触模型,并进行了状态非线性分析,得到了啮合齿轮副的等效接触应力云图、等效接触应变云图以及齿轮副的应力和应变的分布情况。(3)应用赫兹接触理论和GB3480-83圆柱齿轮承载能力计算方法对齿轮喷药泵的接触应力进行了理论计算,并与有限元分析得到的数值解进行了对比分析,验证了设计、选型的合理性以及有限元分析的可靠性。(4)对齿轮喷药泵的主动齿轮轴进行了约束模态分析,得到了主动齿轮轴的主要振型为弯曲振动、扭转振动、轴向振动和径向振动,并且各阶的固有频率均远高于主动齿轮轴的激振频率,故不会引起共振。(5)齿轮泵的主要缺点是径向液压力不平衡,流量脉动和压力脉动较大,噪声高等。故以系统的脉动流量系数最小为目标函数,利用Matlab软件的优化工具箱对其进行非线性优化,从而优化了变位齿轮的结构参数。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第一章 绪论  10-16
  1.1 选题的目的和意义  10-11
  1.2 国内外齿轮泵的研究现状及发展趋势  11-14
    1.2.1 国内外齿轮泵的研究现状  11-12
    1.2.2 国内外齿轮泵的发展趋势  12-14
  1.3 论文的主要研究内容及技术路线  14-16
    1.3.1 论文的主要研究内容  14
    1.3.2 技术路线  14-16
第二章 有限元法及ANSYS 软件  16-21
  2.1 有限元法  16-17
  2.2 接触问题的有限元分析方法  17-19
    2.2.1 接触问题的基本概念  17-18
    2.2.2 有限元法的接触模型  18-19
  2.3 ANSYS 软件  19-20
  2.4 本章小结  20-21
第三章 齿轮喷药泵的三维建模及运动仿真  21-29
  3.1 PRO/ENGINEER 软件介绍  21-23
  3.2 齿轮泵几何尺寸的确定  23-25
    3.2.1 变位齿轮传动的设计步骤  23-24
    3.2.2 由基本参数确定几何尺寸  24-25
  3.3 建立三维几何模型与运动仿真  25-28
    3.3.1 齿轮泵三维几何模型的建立  25-27
    3.3.2 机构运动仿真和干涉检测  27-28
  3.4 本章小结  28-29
第四章 齿轮喷药泵的有限元接触分析  29-46
  4.1 建立实体模型  29-31
  4.2 网格划分  31-37
    4.2.1 定义单元属性  31-34
    4.2.2 为实体模型分配单元属性  34
    4.2.3 定义网格控制选项  34-37
  4.3 定义接触对  37-41
    4.3.1 定义实常数和单元关键字  37-41
    4.3.2 齿轮泵的接触对  41
  4.4 定义模型的边界条件及求解  41-44
    4.4.1 模型的初始条件  41
    4.4.2 载荷及边界条件的定义  41-42
    4.4.3 求解控制  42-44
  4.5 查看结果  44-45
  4.6 本章小结  45-46
第五章 齿轮喷药泵接触应力理论计算  46-52
  5.1 赫兹接触理论  46-48
  5.2 齿轮副赫兹接触应力计算  48-49
  5.3 传统接触应力计算方法  49-50
  5.4 齿轮副接触应力理论值与数值解的分析比较  50-51
  5.5 本章小结  51-52
第六章 主动齿轮轴的有限元模态分析  52-59
  6.1 有限元模型的建立  52-54
    6.1.1 实体模型的简化  52-53
    6.1.2 有限元模型的建立  53
    6.1.3 边界条件的定义  53-54
  6.2 基于ANSYS 的有限元模态分析  54-57
    6.2.1 模态提取方法  54
    6.2.2 主动齿轮轴的模态分析  54-57
  6.3 结果分析  57-58
  6.4 本章小结  58-59
第七章 齿轮喷药泵的参数优化  59-70
  7.1 齿轮泵的流量脉动系数  59
  7.2 MATLAB 优化工具介绍  59-62
  7.3 优化设计  62-67
    7.3.1 目标函数  62
    7.3.2 设计变量  62-63
    7.3.3 约束条件  63-67
  7.4 优化结果  67-69
  7.5 本章小结  69-70
第八章 结论和展望  70-72
  8.1 结论  70-71
  8.2 创新点  71
  8.3 展望  71-72
参考文献  72-76
致谢  76-77
作者简介  77

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中图分类: > 农业科学 > 植物保护 > 植物保护机械 > 喷雾器、弥雾器、烟雾器
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