面向全寿命周期的齿轮泵公差多目标优化设计

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1、密级：非密硕士学位论文中图分类号：TH165.3面向全寿命周期的齿轮泵公差多目标优化设计学位类型：学术型学位学科（专业学位类别）：机械工程作者姓名：张天乐作者学号：12010301026导师姓名及职称：郭迎福教授学院名称：机电工程学院论文提交日期：2015年5月学位授予单位：湖南科技大学面向全寿命周期的齿轮泵公差多目标优化设计学位类型：学术型学位学科（专业学位类别）：机械工程作者姓名：张天乐作者学号：12010301026导师姓名及职称：郭迎福教授学院名称：机电工程学院论文提交日期：2015年5月学位授予单位：湖南科技大学Gearpumpsformulti-targettoleranc

2、eoptimizationdesigninlifecycleTypeofDegreeAcademicDegreeDisciplineMechanicalEngineeringCandidateStudentNumber12010301026SupervisorandProfessionalTitleGuoYingfu(Professor)SchoolSchoolofElectromechanicalEngineeringDateMay,2015UniversityHunanUniversityofScienceandTechnology学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人

3、在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湖南科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期

4、：年月日导师签名：日期：年月日摘要公差是产品零件尺寸参数的允许变动量，是机械精度的具体体现，是机械产品设计和制造的重要指标。公差通过影响产品质量与加工成本进而来影响其竞争力。本文以齿轮泵为例，在其全寿命周期内，综合考虑制造和服役阶段的公差、性能、成本等相关数据，结合动力学、摩擦学，研究齿轮泵质量在服役阶段衰变机理与不确定性，讨论其零部件失效分布规律，对其零部件关键特征开展公差设计研究，建立以加工成本、质量损失、输出流量为目标函数的公差多目标优化模型。具体研究工作如下：(1)介绍齿轮泵的发展历程，对国内外在公差优化设计领域现阶段的研究内容进行了简要的概括；给出本文主要研究内容与章节安排。

5、(2)衡量齿轮泵工作性能的重要指标就是效率，其工作效率又分为机械效率与容积效率两类，分别对两类效率进行描述；建立齿轮泵输出流量的数学模型，分析齿轮机构关键尺寸公差变化对输出流量的影响。(3)齿轮泵的轴向间隙对其输出流量有较大的影响，引入最优间隙的概念，定义新函数为装配间隙与最优间隙之差，同时考虑齿轮泵工作时输出流量和变化的间隙这两个因素，建立公差优化模型；搭建了齿轮泵输出流量数据采集实验系统，由实验装置与数据采集装置组成，为了验证模型的正确性进行了实验，将试验结果与模拟结果对比分析；用修正法部件法估算齿轮泵服役寿命。(4)引入一个新质量损失观：产品投入服役后因产品质量特征超出规定范围而

6、导致报废所造成的损失现值，在此质量观基础上，应用资金折现原理建立基于服役寿命分布的产品质量损失模型，并提出基于质量特征公差要求的产品服役寿命分布密度函数计算方法，将基于服役寿命分布的产品质量损失模型与传统田口质量损失模型作了对比分析；利用产品服役寿命分布密度函数求平均寿命，将求出的寿命与修正部件法求出的寿命作对比分析；以齿轮泵装配尺寸链各组成环公差为变量，综合考虑其服役时间、性能、加工成本、质量损失建立多目标公差优化模型，采用遗传算法对其进行求解，将所得结果与考虑最优间隙和产品工作性能两个因素所建模型所得结果进行对比分析。关键词：齿轮泵；服役寿命分布；最优间隙；质量特征；公差优化设计i

7、ABSTRACTToleranceisSizeparametersofthecomponentsoftheproductscopechange,istheembodimentofmechanicalprecision,isanimportantindexofmechanicalproductdesignandmanufacturing.Toleranceaffectingproductqualityandprocessingcostsandth