某型号空心传动轴的优化设计.doc
高速旋转空心轴的优化设计
高速旋转空心轴的优化设计闫思江;韩晓玲;闫晗【摘要】基于结构优化处理器OptiStruct,采用有限元法对高速旋转空心轴进行优化设计,在既满足扭转刚度又满足临界转速的约束下,优化出质量最轻的旋转轴几何尺寸.本文给出了具体优化步骤和方法.【期刊名称】《锻压装备与制造技术》【年(卷),期】2016(051)001【总页数】3页(P104-106)【关键词】空心轴;高速旋转;有限元;优化设计【作者】闫思江;韩晓玲;闫晗【作者单位】青岛港湾职业技术学院,山东青岛266404;青岛港湾职业技术学院,山东青岛266404;大庆第二采油厂信息中心,黑龙江大庆163000【正文语种】中文【中图分类】TH391.7高速旋转轴是航空发动机具有关键特性的重要部件，其质量和特性水平对于发动机和飞机的可靠性、安全寿命和性能的提高具有决定性影响。
通过减轻高速旋转轴的质量，可以减轻发动机的总重量，从而提高发动机的性能[1]。
轴的转速达到一定值时，运转便不稳定而发生显著的反复变形，这种现象称为轴的振动。
如果作用于转轴的外来干扰频率（转子的转速）等于轴的固有频率，系统将发生共振，发生共振时的转速，称为临界转速ncr。
轴的工作转速n不能与其临界转速接近，否则将发生共振现象而使轴遭到破坏。
计算临界转速的目的就在于使工作转速避开临界转速。
以无阻尼单自由度系统为例说明优化中的设计变量选取，旋转轴简化模型如图1所示。
式中：A为振幅；K为刚度；m为质量；ωn为固有频率；φ为初相位。
式中：δ为挠度；I为惯性矩。
所以改变固有频率ωn的一般方法是改变轴的直径d[2]。
对于空心轴为内、外直径。
在航空发动机中，如何选取高速旋转空心轴的内、外直径，使得高速旋转轴在满足扭转强度、扭转刚度及临界转速下，质量最轻，此为尺寸优化问题，其简化模型及基本参数如图2和表1所示。
3.1 理论计算理论计算采用雷利（Rayleigh）近似公式[3]，假设作用在轴上的3个力如图3所示。
基于机械动力学的传动轴系统优化设计
基于机械动力学的传动轴系统优化设计随着工业技术的不断发展，机械传动系统在各个领域起着至关重要的作用。
而传动轴系统作为机械传动的重要组成部分，其设计与优化对于传动效率、精度和可靠性有着重要影响。
本文将基于机械动力学的理论，探讨传动轴系统的优化设计方法。
一、传动轴系统的基本原理传动轴系统是用于传递功率和运动的一种机械装置。
其主要由轴、轴承、齿轮或皮带等组成。
传动轴系统能够传递旋转运动和扭矩，并将其传递到其他机械装置上。
在传动轴系统中，涉及到的机械动力学知识主要有力矩传递、转速计算、转矩计算等。
力矩传递是指在轴上施加的力矩通过轴承传递到其他部件，而转速和转矩之间的关系可以通过动力学方程进行计算。
在设计传动轴系统时，需要考虑到传动效率和传动精度等因素。
二、传动轴系统的优化设计方法1. 材料选择传动轴系统的材料选择是优化设计的第一步。
常见的材料有钢、铝、钛等。
不同的材料有着不同的强度和韧性特性，需要根据具体的工作条件选择适合的材料。
2. 尺寸设计尺寸设计是保证传动轴系统正常工作的关键。
在设计传动轴系统时，需要根据所需的扭矩和转速等参数，计算轴的直径和长度等尺寸。
同时，还需要考虑到传动轴的刚度和挠度等因素。
3. 轴承选择轴承在传动轴系统中起着支撑和导向作用。
在优化设计中，需要选择合适的轴承类型、尺寸和材料等。
同时，还需要进行轴承的润滑和密封等设计，以保证传动轴系统的正常工作。
4. 传动方式选择传动轴系统的传动方式有多种，如齿轮传动、皮带传动等。
在进行优化设计时，需要根据实际应用需求选择合适的传动方式。
不同的传动方式有着不同的传动效率和精度，需要根据具体情况进行选择。
5. 动力学要求在进行传动轴系统的优化设计时，需要根据具体应用要求考虑动力学要求。
比如，传动轴系统在高速运转时需要考虑离心力对轴的影响，同时还需要考虑传动带来的振动等。
三、案例分析为了更好地理解基于机械动力学的传动轴系统优化设计，我们以某机械设备的传动轴系统设计为例进行分析。
关于传动轴优化案例
关于传动轴优化案例传动轴优化是一个广泛涉及的领域，涵盖了从材料选择、结构设计、制造工艺到性能测试等多个方面。
以下是一个关于传动轴优化的案例，以供参考：案例概述：某汽车制造企业为了提高其车辆的性能和舒适性，决定对传动轴进行优化。
目标是减小重量、提高刚度、降低振动和噪音，并确保高可靠性和耐久性。
优化过程：1. 设计和材料优化：采用先进的有限元分析（FEA）软件对传动轴进行详细的结构设计。
考虑到轻量化和强度要求，选择了高强度合金钢作为材料。
通过优化轴径、轴长和轴身截面形状，实现了轻量化和高刚度的目标。
2. 制造工艺优化：采用先进的热处理技术和精密加工工艺，确保零件的内在质量和表面精度。
同时，对关键部位进行特殊处理，如高频淬火和喷丸强化，以提高局部硬度和抗疲劳性能。
3. 性能测试与验证：在各种工况下对优化后的传动轴进行振动、噪音、疲劳寿命等方面的测试。
根据测试结果进行必要的调整和改进，确保达到预期的性能指标。
4. 成本与可行性分析：在满足性能要求的前提下，通过材料替代和工艺改进等手段降低成本。
同时，评估优化的可行性，确保优化方案在企业内部制造条件下得以实施。
5. 生产验证与持续改进：将优化后的传动轴应用于实际生产中，收集用户反馈和实际使用数据。
根据反馈和数据进行持续改进，不断完善产品性能。
优化成果：经过上述优化过程，该企业成功实现了传动轴的轻量化、高刚度、低噪音和长寿命目标。
优化后的传动轴显著提高了车辆性能和舒适性，得到了市场的高度认可。
此外，通过改进制造工艺和降低成本，企业提高了产品竞争力并取得了经济效益。
这个案例展示了传动轴优化在汽车制造领域的应用，涉及了从设计、材料、工艺到性能测试等多个方面的综合优化。
通过不断改进和完善，企业实现了产品性能的提升和成本的降低，为市场提供了更具竞争力的产品。
空心传动轴非概率可靠性优化设计
控 制 真 空 储 存 器 ２ 的 真 空 值 ， 当 真 空 储 存 器 ２ 中 的 ３ ３
杂 质 过多 时 ， 打 开排 污 阀 ２ 。 则 ４
３． ２ 创 新 点
１ ）可 通 过 传 感 器 ３ ２和 温 控 仪 ８实 时 监 测 油 液 压
可靠性分析模 型， 出了空心传动轴非概 率可靠性优化设计 方法。 提 通过工程 实例的分析计算表明 ， 该模型和方法具有一定
的理 论 指 导意 义和 实 用价 值 。
关键词 ： 心传动轴 空
不确 定 性
区 间变 量
非概率可靠性
优 化 设计
中 图分 类号 ：Ｈ１３２Ｔ ３ １ Ｔ ３ ．；Ｐ ９
力 变 化 时 温 度 场 的 情 况 ，便 于 实 现 共 同 控 制 。通 过 在
（ 辑 丁 罡 ） 编
２１ ／ ０ １９
］ 、 分别是区间变量的上界和下界） （ ： 。令 ：
对 传 动 轴 来 说 ， 忽 略 弯 矩 的 影 响 ， 动 轴 主 要 承 若 传
受 扭 矩 的 作 用 ， 其 承 受 的 扭 矩 为 则 其 横 截 面 上 的 设 扭 转 剪 应 力 和 传 动 轴 的 扭 转 变 形 Ｉ分 别 为 ： Ｓ ］
息 来 确 定 这 些 参数 的概 率 分 布 形 式或 者 隶 属 度 函数 ， 这 两 种 方 法 都 对 数 据 的 精 确 性 要 求 较 高 ，而 受 客 观 条 件 的 限 制 ， 们 无 法 获 得 相 关 设 计 参 数 的全 部 信 息 ， 人 在
这 种 情况 下 ， 们 常 常假 设 这些 参 数服 从正 态 分 布等 ， 人 这 种 基 于 主 观 假 设 下 的 可 靠 性 分 析 计 算 结 果 往 往 与 实
基于matlab煤液钻空心传动轴的优化设计
基于matlab煤液钻空心传动轴的优化设计煤液钻是煤矿井下开采煤层的一种重要工具，其传动轴是保证其正常运转的关键部件。
为了提高煤液钻的性能和寿命，优化设计煤液钻空心传动轴是非常必要的。
本文将从煤液钻的工作原理、传动轴的设计要求以及基于MATLAB的优化设计方法等方面进行详细阐述。
1. 煤液钻的工作原理煤液钻是利用高压液体将岩层中的碎屑物和水冲走，以达到开采煤层的目的。
煤液钻由电动机、液压泵、传动装置和钻头等组成。
其中，传动装置起到将电动机的转速通过传动轴传递给钻头的作用。
2. 传动轴设计要求传动轴作为连接电动机和钻头的关键部件，其设计要求如下：（1）能够承受高强度的转矩和轴向力；（2）具有足够的刚度和强度，以抵抗由于钻头工作时的振动和冲击力引起的轴向和径向变形；（3）尽量降低传动装置的能量损失，提高传递效率。
3. 基于MATLAB的优化设计方法MATLAB是一种常用的工程仿真和优化设计软件，可以通过编写脚本和函数来实现优化设计的过程。
具体的优化设计步骤如下：（1）确定设计参数：根据煤液钻的工作要求和传动轴的设计要求，确定设计参数，如轴的直径、材料、长度等。
（2）建立传动轴的有限元模型：根据设计参数和传动轴的几何形状，利用MATLAB中的有限元分析工具建立传动轴的有限元模型。
（3）应用约束条件和目标函数：根据传动轴的设计要求，将约束条件和目标函数转化为MATLAB中的数学表达式。
（4）选择优化算法：根据设计问题的特点和求解要求，选择合适的优化算法，如遗传算法、粒子群算法等。
（5）进行优化设计：利用MATLAB中的优化工具箱，结合选择的优化算法，对传动轴的设计参数进行优化求解，得到最优设计方案。
（6）评估设计方案：根据优化结果，对传动轴的性能和寿命进行评估，如果不满足要求，则返回第（3）步重新进行设计。
（7）制造和测试：根据最优设计方案，制造传动轴，并通过实验测试验证其性能和寿命。
通过以上步骤，我们可以利用MATLAB对煤液钻空心传动轴进行优化设计，提高煤液钻的工作效率和寿命。
空心轴的动态特性分析与优化设计
空心轴的动态特性分析与优化设计空心轴是一种轴类零件，具有较小的重量和惯性矩，广泛应用于机械和工程设计中。
它的独特结构使得其动态特性受到一系列因素的影响，包括材料选择、几何形状以及制造工艺等。
本文将从多个角度对空心轴的动态特性进行分析与优化设计。
首先，材料选择是影响空心轴动态特性的重要因素之一。
常见的轴材料包括碳素钢、合金钢和铝合金等。
碳素钢具有优良的机械性能和较高的抗腐蚀能力，适用于一般工程应用。
合金钢由于添加了合适的合金元素，具有更高的强度和硬度，适用于承受较大载荷的工作条件。
铝合金轴由于其较低的密度和耐腐蚀性能，适用于体积和质量要求较小的应用场景。
因此，在设计空心轴时，应根据具体的工作条件选择合适的材料，以达到最佳的动态特性。
其次，空心轴的几何形状也对其动态特性有重要影响。
一般而言，较大的直径和较小的长度可以提高空心轴的刚度和抗弯强度。
此外，几何形状的对称性对空心轴的动态特性也有一定影响。
如果轴的几何形状不对称，可能会导致轴在运动中产生不平衡力矩，从而影响工作效率和稳定性。
因此，在设计空心轴时，应尽量保持几何形状的对称性，以确保良好的动态特性。
除了材料选择和几何形状，制造工艺也是影响空心轴动态特性的重要因素之一。
例如，热处理可以通过改变材料的晶体结构和硬度来提高轴的强度和耐用性。
此外，精密加工和表面处理可以改善轴的表面光洁度和尺寸精度，从而减小摩擦阻力和振动噪声。
因此，在制造空心轴时，应选择适当的制造工艺，以提高其动态特性。
针对以上因素，空心轴的优化设计可以从多个方面入手。
首先，可以通过材料选择和几何形状的优化来改善轴的刚度和抗弯能力。
例如，可以选择高强度的合金钢材料，并根据实际工作条件调整轴的直径和长度。
其次，可以通过精密制造和表面处理来提高轴的表面质量和尺寸精度。
例如，可以采用CNC加工和研磨工艺，以确保轴的精度和光洁度。
最后，可以借助计算机辅助设计和模拟分析工具对轴的动态特性进行模拟和优化。
空心轴优化设计
l ≥ lmin d ≥0
轴的体积达到最小化，本文取空心轴长度 l 为设计变量。综
D−d ≥0
合上述分析可得优化数学模型为：
■■1.4 小节
X = (x1, x2, x3)T = (D, d ,l)T 综分析上述模型可知，该模型具有 3 个设计变量，5 个
主要分析和阐述了空心传动轴的设计要求、优化设计的 约束条件以及相关数学模型，整理可以得到以下优化设计数
最后得到的结果如下：
空心传动轴的设计既需要传统的设计理念同时需要新的
X = (x1, x2, x3)T = (D, d ,l)T = (178.0648，177.0523 3001.7751)T 最后圆整后的结果为： X = (x1, x2, x3)T = (D, d ,l)T = (179,177,3002)T
运行结果： * * * 空心传动轴实现函数优化设计最优解 * * *
通过优化设计算法计算之后得到的结果一般情况下并
空心传动轴外径 D=178.0648 mm
不是整数，即都是小数，但是该空心传动轴的设计参数一
空心传动轴内径 d=177.0523 mm
般规范为整数，即需要对优化设计到的参数进行圆整处
空心传动轴长度 l=3001.7751 mm
E=2*10^5; tao=60; g(1)=(x(2))^4-(x(1)); g(2)=(16*M*x(1))/(pi*((x(1))^4-(x(2))^4)*0.7*E)((x(1)-x(2))/x(1))^(3/2); ceq=[];
2 相关参数的处理
理。当然在进行数据圆整处理时需要注意顾及目标函数和
空心传动轴设计体积 v=0.0008 m^3
约束条件，有可能在进行圆整处理之后就不再满足约束条件
基于Pro_MECHANICA的某传动轴的优化设计
132研究与探索Research and Exploration ·工艺与技术中国设备工程 2018.07 (上)2016年9月大修期间进行检查，换热器管束无明显腐蚀现象，表面黑灰色，腐蚀前后无明显变化。
由于固体粉末包埋渗铝工艺技术的改进，渗铝钢材料的焊接性能显著提高，碳钢渗铝换热器在高温环烷酸腐蚀部位可使用10年，可完全替代1Cr18Ni9Ti 换热器。
5 结语（1）碳钢渗铝材料具有优良的耐高温环烷酸腐蚀性能，其耐蚀性能是1Cr18Ni9Ti 不锈钢的10～15倍，与316L 耐蚀性能相当。
（2）改进型固体粉末包埋渗铝工艺解决渗层脆性问题，具有良好的焊接性能，适合工业化推广应用。
参考文献：[1]中石化总公司石油化工规划院.炼油厂设备加热炉设计手册第四分册[J].炼油厂的腐蚀与防护,1986，5.[2]中石化防腐石研究中心——洛阳石化工程公司设备所.碳钢渗铝填料耐高酸值辽河油应用研究[J].1996，11.[3]段学章.锦州炼油厂构件腐蚀失效分析[J].中科院沈阳腐蚀所,1995，10.[4]改进型包埋渗铝钢的特性与应用[J].第二届石油石化工业用材研究交流会，2001，（8）:45～48.[5]郑玉贵，敬和民等.环烷酸腐蚀研究的新进展[J].中国国际腐蚀控制大会论文集,2002，11.轴类零件在机械行业中用途广泛，主要起着支撑零部件、承受载荷、传递扭矩的作用。
轴的种类和结构多种多样，承受的载荷不同，其所受应力也不一样。
轴类零件的载荷计算是设计阶段的主要设计内容，传统的轴类零件载荷一般通过机械设计手册等行业规范来计算，过程复杂，耗费时间。
随着CAD/CAM 技术的发展，出现了各种机械辅助设计软件如PROE、UG、ANSYS 等，由于这些软件的功能包括三维建模、工程分析、模拟仿真、辅助制造等，采用计算机辅助设计软件可以节约时间、成本、物力、财力，在不少企业中，传统的人工设计计算方法逐渐被计算机软件所代替。
基于MATLAB语言的机械优化设计_祖效群
基于M AT LAB语言的机械优化设计祖效群1 赵艳丽2(1.合肥工业大学高等职业技术学院(安庆校区),安微246001;2.西北机器厂,陕西722405)摘要:介绍了MAT LAB优化工具箱的使用方法和在机械优化设计中的应用。
以某型号传动轴为实例,建立其优化设计的数学模型,利用MAT LAB工具箱求解。
关键词:优化设计;MAT LAB;优化工具箱;传动轴中图分类号:TH122 文献标识码:AThe Mechanical Op ti m ized Design with MAT ALB LanguageZu X i a oqun Zhao Yan liAbstract:The operati on guide ofMAT ALB op ti m ized kit and its app licati on in p r ocess of mechanical op ti m ized de2 sign have been described in this article.Taking one type of the trans m issi on shaft as the exa mp le t o establish the math model for its op ti m ized design,which shall be s olved by means of MAT LAB kit.Key words:op ti m ized design;MAT LAB;op ti m ized kit;trans m issi on shaft1 引言机械优化设计是在现代机械设计理论发展基础上产生的一种新的设计方法,在连杆、凸轮、齿轮、涡轮、轴承、传动轴、机床等产品的机械设计的应用中取得了良好的效果。
机械优化设计作用是在进行某种机械产品设计时,可根据规定的约束条件,优选设计参数,使某项或几项设计指标获得最优值[1]。
空心传动轴优化设计
空心传动轴的优化设计一、问题描述设计一重量最轻的空心传动轴。
空心传动轴的D 、d 分别为轴的外径和内径。
轴的长度不得小于5m 。
轴的材料为45钢，密度为7.8×10-6㎏/㎜，弹性模量E=2×105MPa ，许用切应力[τ]=60MPa 。
轴所受扭矩为M=2×106N·mm 。
二、分析设计变量：外径D 、内径d 、长度l设计要求：满足强度，稳定性和结构尺寸要求外，还应达到重量最轻目的。
三、数学建模所设计的空心传动轴应满足以下条件：（1） 扭转强度 空心传动轴的扭转切应力不得超过许用值，即τ≤[]τ空心传动轴的扭转切应力: ()4416dD MD-=πτ 经整理得 0107.1544≤⨯+-D D d（2） 抗皱稳定性扭转切应力不得超过扭转稳定得临界切应力:ττ'≤2327.0⎪⎭⎫⎝⎛-='D d D E τ 整理得：028.722344≤⎪⎭⎫⎝⎛---D d D d D D（3）结构尺寸min l l ≥0≥d 0≥-d D⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=l d D x x x X 321 则目标函数为：()()[]()3222166221012.61012.6min x x x d D l x f -⨯=⨯-=-- 约束条件为：0107.1107.1)(1541425441≤⨯+-=⨯+-=x x x D D d X g08.728.72)(2/3121424112/3442≤⎪⎪⎭⎫⎝⎛---=⎪⎭⎫⎝⎛---=X xx x x x x D d D d D D g055)(33≤-=-=x l X g0)(24≤-==x d X g 0)(215<+-=-=x x d D X g四、优化方法、编程及结果分析1优化方法综合上述分析可得优化数学模型为：()Tx x x X 321,,=；)(min x f ；()0..≤x g t s i 。
空心轴的优化设计方案
空心轴的优化设计方案
作者：郑光超
来源：《现代商贸工业》2011年第07期
摘要：介绍了机械传动中空心轴在满足强度和刚度的条件下，以质量最小为目标进行优化设计的理论方法；避免了传统计算方法“安全”与“降耗”的矛盾给设计者带来的困惑。
关键词：空心轴、优化设计、安全降耗
中图分类号：TB
文献标识码：A
文章编号：1672-3198（2011）07-0283-01
1 引言
在机械制造中，减轻重量，节约材料是设计工作者所要追求的一个目标，对于某些轴类的其它受力与其所受的扭矩相比较可以忽略的情形，从减轻重量节约材料的角度考虑，将其设计成空心是相当必要的。
这是因为横截面上的剪应力沿半径按线性规律分布，圆心附近的应力很小，材料没有充分发挥作用。
虽然这一理论早被人们所熟悉，并且得到广泛的应用，尤其是在飞机、轮船、汽车等运输机器的某些传动轴更多地采用空心轴以减轻重量。
但是按照传统的设计方法，是不可能使传动轴在满足强度和刚度条件下使其质量最小的。
随着计算机及计算软件的发展，使手工难以计算的高次方程通过计算机求解成为可能。
本设计计算方法正是在这样的背景条件下提拟出来的。
2 按满足强度要求推导最小质量方程式
5 结论
本优化设计方案是基于微型计算机及设计计算软件的普及而提出来的，是基于正确的理论推导出来的设计方法，因而其正确性毋庸置疑。
对于大型机械设计而言，不失是一种高效、安全、降耗的设计参考方法。
参考文献
［1］刘鸿文.材料力学（上册）［M］.北京：高等教学出版社，1992. 注：“本文中所涉及到的图表、公式、注解等请以PDF格式阅读”。
空心转轴结构的优化设计
空心转轴结构的优化设计空心转轴结构的优化设计武汉食品工业学院(武汉430022) 张麟摘要介绍了空心转轴结构的优化设计过程,根据优化结果研制的空心转轴已应用于生产实际,并取得了良好的经济效益。
关键词空心转轴结构优化设计Abstract This paper introduces the optimum design of the hollow rotating shaft structure·The shaft whichdepends on the optimum result has been applied into the production practice and the satisfactury effects of technique and economy have been achieved·keywords hollow rotating shaft structure optimum design在我们承担的科研课题中,曾遇到一个空心转轴的设计问题,为达到满意的结果,我们对影响该轴结构的诸因素进行了分析处理,并在计算机上进行了优化设计,根据优化结果研制的转轴已应用于生产实际,取得了良好的经济效益,现将其设计简介如下。
1 结构方案及设计参数的分析处理截面形状及跨距问题处理。
该轴是一个大跨度轴,两支承间的跨距近6m长,为减轻轴的自重,须将该轴设计成空心轴,环形截面。
由于受整体结构及使用要求上的限制,跨距l不可能再减小了,在此l作常量处理。
其他有关处理措施。
将集中力靠近支座,使伸出端尽可能短;两支承间的零件尽量分散、均布,把集中力转变为分散、较小的集中力或均布载荷;避免在危险剖面开槽;增大突变处的过渡圆角半径R,改善轴的受力状况。
优化设计的控制因素。
由于该轴的转速不太高,传递的扭矩也不很大,加上采取了以上措施,用常规方法试算发现,该轴的强度条件较容易满足,而刚度条件却较难满足,即满足刚度要求的结构,强度一般无问题,设计中的主要矛盾是轴的空心段外径D、壁厚δ与刚度的关系,其变化规律如图1所示,a为外径D不变时壁厚δ与挠度f的关系曲线,可见壁太厚,自重增加,刚度情况反而变坏,壁太薄,刚度条件满足不了,扭转稳定性也难保证;b为壁厚δ不变时外径D与挠度f的关系曲线,c为自重变化曲线,可见,外径D越大,刚度越好,但自重、体积也越大,这也必将受到整机结构的限制。
传动轴机械分析报告范文
传动轴机械分析报告范文一、引言传动轴作为机械设备中的关键部件之一，其性能和可靠性直接影响整个设备的运行效率和安全性。
本报告对某型号传动轴进行了机械分析，旨在评估其性能和可靠性，并提出改进建议。
二、传动轴结构和工作原理该传动轴采用了两个万向节连接，通过传递动力和扭矩实现不同部件之间的传动。
其中，万向节由内外套、十字轴和滚针组成，通过润滑脂进行润滑，以减小摩擦和磨损。
三、性能和可靠性评估1. 轴材料性能评估：该传动轴使用高强度合金钢制造，具有良好的强度和韧性，能够承受较大的扭矩和载荷；2. 传递效率评估：传动轴在工作过程中会出现一定的功耗，通过实际测试，传递效率达到了设计要求，性能良好；3. 润滑效果评估：润滑脂的使用能够有效减小摩擦和磨损，通过观察和测量，润滑效果良好；4. 动平衡性评估：传动轴在高速旋转时会出现一定的不平衡，通过动平衡测试，传动轴的不平衡程度在允许范围内，不会对设备的正常运行产生明显影响；5. 可靠性评估：传动轴在长时间使用后，仍能保持较好的性能和可靠性，没有出现明显的疲劳和断裂现象。
四、改进建议1. 加强润滑管理：定期检查润滑脂的使用情况，并及时更换和补充，以确保传动轴的润滑效果；2. 提高动平衡性：在制造过程中采取更加精细的加工和调整，以减小传动轴在高速旋转时的不平衡程度；3. 引入新材料：考虑采用更高性能的材料，如高强度钛合金等，以进一步提高传动轴的承载能力和耐久性；4. 增加安全保护措施：在传动轴的设计中，增加安全保护装置，如断裂传感器和过载保护装置，以预防传动轴断裂和过载导致的设备事故。
五、结论通过对该型号传动轴的机械分析和评估，可以得出结论：该传动轴在性能和可靠性方面表现良好，但仍可以通过加强润滑管理、提高动平衡性、引入新材料和增加安全保护措施等改进措施，进一步提高其性能和可靠性。
这对于设备的正常运行和安全性具有重要意义。
传动轴设计优化与改进
传动轴设计优化与改进传动轴是汽车传动系统中的重要组成部分，主要用于传递发动机的动力至车轮，实现汽车的行驶。
传动轴的设计优化与改进对汽车性能的提升具有重要意义。
本文将从传动轴的优化设计、材料选择和制造工艺等方面进行探讨。
在传动轴的设计优化方面，可以采用多种方法来提升其性能。
一种常见的方式是通过减小传动轴的重量来降低传动系统的惯性。
较轻的传动轴可以减少转动惯量，提高车辆的加速性能和燃油经济性。
此外，还可以通过优化传动轴的结构和形状，提高其刚度和强度，从而减小传动轴在运动过程中的变形和振动，提升车辆的稳定性和操控性。
在传动轴的材料选择方面，应根据传动轴所承受的载荷和工作环境的要求，选择合适的材料来制造传动轴。
一般来说，传动轴要具备足够的强度、刚度和耐疲劳性能。
常用的传动轴材料有碳素钢、合金钢和铝合金等。
碳素钢具有较高的强度和韧性，适用于承受较大载荷的传动轴。
合金钢具有优异的耐疲劳性能和耐磨损性能，适用于高速运动的传动轴。
铝合金具有较低的密度和良好的导热性能，适用于减小传动轴重量的要求。
因此，在设计传动轴时，应根据具体情况选择合适的材料。
在传动轴的制造工艺方面，需要考虑生产成本、工艺复杂度和制造精度等因素。
传动轴通常采用冷挤压、热挤压、锻造和机加工等工艺进行制造。
冷挤压工艺适用于大批量生产，能够提高生产效率和降低成本。
热挤压工艺适用于制造复杂形状的传动轴，能够提高材料利用率和制造精度。
锻造工艺适用于制造大型传动轴，能够提高材料的强度和耐疲劳性能。
机加工工艺用于加工轴的精度要求较高的部位，能够提高传动轴的装配精度和运动平衡性。
因此，在传动轴的制造过程中，应根据具体要求选择合适的工艺。
传动轴的设计优化与改进对汽车的性能提升具有重要意义。
在设计优化方面，可以通过减小传动轴的重量、优化结构和形状等方式来提升其性能。
在材料选择方面，应根据传动轴的要求选择合适的材料，以满足其强度、刚度和耐疲劳性能等要求。
在制造工艺方面，需要考虑生产成本、工艺复杂度和制造精度等因素，选择适合的工艺来制造传动轴。
空心传动轴的可靠性优化设计
空心传动轴的可靠性优化设计
杨绿云
【期刊名称】《黑龙江工程学院学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2003(017)001
【摘要】在普通优化设计的基础上,根据可靠性设计准则,将空心传动轴的应力及强度视为随机变量,建立起空心传动轴的可靠性优化设计模型,结合实例说明可靠性优化设计方法比传统设计方法更可靠、经济.
【总页数】3页(P9-10,24)
【作者】杨绿云
【作者单位】焦作工学院机械系,河南,焦作,454000
【正文语种】中文
【中图分类】TH132
【相关文献】
1.基于模糊可靠度的工程车辆传动轴可靠性优化设计 [J], 张丽玲;饶繁星;李彧雯;黄志开
2.空心传动轴非概率可靠性优化设计 [J], 魏宗平
3.基于LINGO的传动轴多目标可靠性优化设计 [J], 王俊
4.空心传动轴的可靠性稳健优化设计 [J], 丁素芳;黄华樑;吴刚
5.基于MATLAB煤液钻空心传动轴的优化设计 [J], 阮学云;王永生;张军;王光生因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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某型号空心传动轴的优化设计机械工程 2015J103 张媛媛
欲设计如图1-1所示的某型号空心传动轴 ,其中D 和d 分别为空心轴的外径和内径 ,轴长L=4m 。
轴的材料密度ρ=7.8×10³kg/m ³ ,剪切弹性模量
G=80GPa ,许用剪切成功[r]=40MPa ,单位长度许用扭转角[Ø]=1°/m ,轴索传递的功率P=5.5kW ,转速n=200r/min 。
在满足许用条件和结构尺寸限制条件的前提下对该空心轴进行优化 ,使该轴的质量最小。
一、确定工作变量
图1-1所示传动轴的力学模型是一个受扭转的圆柱桶轴。
其外径D 和内径d 是决定圆轴的重要独立参数 ,故可作为设计变量 ,将其写成向量形式：
X=[x 1 ,x 2 ]T =[D,d]T （1-1）
二、简历目标函数
若取质量最小为优化目标 ,则目标函数空心圆轴的质量可按下式计算： M=4
π
ρL （D ²-d ²）（kg ） （1-2） L
可见 ,这是一个合理选择D 和d 而使质量M 最小的优化问题。
注意：再设计时要确定目标变量的单位。
在确定目标函数和约束条件时 ,应保持它们单位的一致 ,即D 、L 的单位为毫米（mm ） ,质量M 的单位为千克（kg ）。
三、上述设计应满足的使用条件和结构尺寸限制如下：
（1）扭转强度、根据扭转强度 ,要求扭转剪应力需满足
τmax =t
W T ≤[τ] (1-3) 式中 ,T 为圆轴所受扭转 ,T=
n 9549P (N •m )；W t 为抗扭截面模量 ,W t=D D 16d -44）
π（(MPa)。
（2）扭转刚度 ,为了确保传动轴正常工作 ,除满足扭转强度条件外 ,还要限制轴的变形 ,限制即为刚度条件 ,通常要求单位长度的最大扭转度扭转角不超过规定的许用值 ,即
Ø=p
GI T ≤[Ø] （1-4） 式中 ,Ø为单位长度扭转角（rad ）；G 为剪切模量(MPa)；I p 为极惯性矩
（m 4）。
（3）结构尺寸。
由结构尺寸要求决定的约束条件
⎩⎨⎧≥≥d
0d D 由已知条件：功率（W ）=
60
min /r m 2）转速（）扭矩（π⨯•⨯N ,扭矩（N •m ）=）转速（）功率（min /r k 9549W ⨯ ,可得 I p=32
d 44）π（-D （1-5） 6410d 200165.595494⨯-⨯⨯⨯⨯）（πD D -40≤0 （1-6）
Ø=p
n GI M ×π180=）π（44n d -32D G M ×π180 （1-7） -1≤
）（π442d 80200180325.59549-⨯⨯⨯⨯⨯⨯D 0 （1-8） 将所有的函数表达式规范化并带入已知数据 ,可得传动轴优化设计的数学模型 ,即
min ƒ（x ）=24 504×10-6×（x 21-x 22） （1-9）
满足约束条件： ⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧≤-=≤-=≤--⨯=≤--⨯0)(X 0X g 01109157.1X g 0133435X g 24
34241624241112x g x x x x x x ）
（）（）（ （1-10） 四、优化程序及优化结果
1.设计目标
心圆轴的质量最小
2.MATLAB 优化程序及优化结构
应用MATLAB 软件的优化工具箱对上述优化问题求解。
（1）取设计变量的初值为x0=[20 10]。
首先编写目标函数的Objfun.m,返回x 处的函数值f 。
function f=fun （x ）
f=24.504e-6*（x （1）^2-x （2）^2）；
（2）编写描述非线性约束的m 文件nonlcon.m 。
function [c ,ceq]=nonlcon （x ）
c=[3.3435e4*x （1）/（x （1）^4-x （2）^4）-1；1.9157e6/（x （1）^4-x （2）^4）-1]； ceq=[];
（3）运行run.m 函数 ,给定初值 ,并调用优化函数。
x0=[20 10]；
A=[-1 1]；
b=0；
lb=[0 0]；
[x ,f ,exitflag ,output]=fmincon（´fun´,x0,A,b,[],[],lb,[],´nonlcon´) （4）优化程序经过7次迭代计算后收敛 ,可得空心传动轴的外径和内径的最
优解分别为D= 37.2mm ,d=9.87mm ,此时空心轴的质量最轻 ,其值为
0.0321kg。