基于MATLAB的搅拌机蜗杆传动的优化设计

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1、第33卷第1期湖南农业大学学报(自然科学版)Vol.33No.12007年2月JournalofHunanAgriculturalUniversity(NaturalSciences)Feb．2007文章编号：1007-1032(2007)01-0101-04基于MATLAB的搅拌机蜗杆传动的优化设计abb袁雄，滕召金，陶栋材(湖南农业大学a.图书馆；b.工学院，湖南长沙410128)摘要：分析了HWL搅拌机目前存在的主要问题．在满足搅拌机工作要求的情况下，通过选取合理的设计变量和确定约束函数，建立了以蜗杆传动中心距为研究对象的优化设计数学模型，并用MATLAB算法进行了求

2、解．计算结果表明：新的设计方案使蜗杆传动的中心距下降了20%，能缩短蜗杆传动零部件的采购周期，从而节省大量原材料和生产成本．关键词：搅拌机；蜗杆传动；优化设计；MATLAB中图分类号：TH132.44文献标识码：AOptimalwormtransmissiondesignbasedonMATLABabbYUANXiong，TENGZhao-jin，TAODong-cai(a.Library；b.CollegeofEngineer，HNAU，Changsha410128，China)Abstract：MajorproblemsexistinginHMLmixerwereana

3、lyzed．Undernormallyworkingsituation，anoptimalmathematicdesignmodel，withwormtransmissioncenterspaceasresearchobject，wasestablishedthroughselectingreasonabledesignvariableandensuringrestrictfunction．Meanwhile，thismodelwasresolvedusingMATLABarithmetic．Theresultsindicatedthatthenewdesigndeclin

4、edcenterspace20%andsharplyshortenwormtransmissionaccessorystockingcycle，whichgreatlysavedrawandprocessedmaterialsandproductioncost．Keywords：mixer；wormtransmission；optimaldesign；MATLAB搅拌机械在食品加工和工程施工等领域有着得知，搅拌机的输入功率P=9kW，蜗杆转速n1=广泛的应用．湖南省麻阳惠峰油化有限公司进口的1450r/min，传动比i=20，精度等级为8级精度，HWL搅拌机是目前世界上较先

5、进的搅拌机，但在传动不反向，工作载荷较稳定，但有不大的冲击，使用中发现，其易损件的更换如果全部依靠进口，要求传动装置设计寿命Lh为12000h．蜗杆的材料不仅会消耗大量的资金，而且会由于供应不及时造为45钢，渗碳淬硬，表面硬度45~55HRC，蜗轮成停产损失；此外，还发现该机传动装置的参数设材料为QSn4-3，金属铸造．计不太合理，结构不紧凑，蜗杆和蜗轮的使用寿命1.2目标函数和设计变量的确定相差很大，按互换性原理对产品进行更换时会造成在蜗杆传动的可行方案中，建立以中心距a最经济上的浪费，所以，有必要使用机械优化设计方[1-9]小为目标的优化模型，即：法对蜗杆传动装置进行国

6、产化改造．11am=()qz+=mqiz()+．211优化数学模型的建立22式中，a为传动中心距，单位为mm；1.1已知参数m为蜗杆轴向和蜗轮端面模数，单位为mm；根据搅拌机的特性和工厂生产的实际需要，搅q为蜗杆直系系数；拌机械采用闭式的普通圆柱蜗杆传动．由原始资料z为蜗杆头数；1收稿日期：2006-11-21z为蜗轮头数；2基金项目：湖南省教育厅项目(02C551)i为传动比．作者简介：袁雄(1980-)，男，湖南望城人，硕士研究生．由上式可知，中心距a大小与m，q，z1有关，102湖南农业大学学报(自然科学版)2007年2月故可以建立以m，q，z为设计变量的优化模型．设

7、式中，ZΕ为材料的弹性影响系数，单位为1计变量X=()x，，xxT=()mqz，，T．综上可将目MPa，对于ZCusn10P1，取Z=160MPa；1231Ε240-259标函数确定为：Zρ为接触系数，从文献[11]查得Zρ=1−0.8881/da1min()fxx=+(xiz)．4.02e；1232da/为蜗杆中圆直径与传动中心距的比值，11.3约束条件的建立d2q1=；1.3.1模数m的选取aqi+z1°在标准压力角α=20的情况下，模数尽可能选T2为蜗轮转矩，单位为(N·mm)，取啮合效率取标准数．由于搅拌机