空心传动轴优化设计
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。
某型号空心传动轴的优化设计.doc
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=4πρL （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 =tW 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=pGI 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）。
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。
空间万向传动当量夹角的计算和优化设计
空间万向传动当量夹角的计算和优化设计田中旭;祁平;高学峰【摘要】传动轴当量夹角是衡量含多万向节传动轴传动性能的重要指标,它的准确计算对传动轴的设计具有重要的意义.当传动轴空间布置时,当量夹角的准确计算变得困难.研究了空间当量夹角的精确计算方法,主要包括:给定了更加准确的万向节叉方位的描述模型、推导了精确的万向节叉初相位和传动轴夹角计算的数学模型;论文通过解析方法和算例,研究了当量夹角计算过程中产生误差的根本原因;还通过多体动力学软件ADAMS的运动学仿真对数学模型和算法进行了验证.基于当量夹角准确计算模型的基础上,对某商用车传动轴当量夹角进行了优化布置,使得当量夹角有了大幅度减小.【期刊名称】《机械设计与制造》【年(卷),期】2018(000)009【总页数】3页(P48-50)【关键词】传动轴当量夹角;万向节初相位;传动轴布置优化;传动轴运动学仿真【作者】田中旭;祁平;高学峰【作者单位】上海海洋大学工程学院,上海 201306;中国北方发动机研究所,山西大同 037036;蒂森克虏伯汽车系统计算有限公司,上海 201201【正文语种】中文【中图分类】TH161 引言十字轴万向节因其可靠性高，成本低廉，仍得到了广泛的应用。
当前，含万向节的传动轴在运动学[1]与强度[2]方面仍然存在很多值得研究的问题，这些问题的关键点在于万向节两侧的传动轴存在一定夹角。
在含多万向节的传动轴中，综合评价传动轴布置的参数就是当量夹角[3]。
在万向节传动当量夹角不为零时，传动轴的转速将产生波动[4-5]，同时还在传动轴上产生波动附加弯矩作用[6]。
转速的波动会引起传动系统的齿轮啮合冲击和噪声，影响其可靠性；附加弯矩则会引起传动轴中间支撑的振动，会进一步引起设备或车辆的振动和噪声[7]，同时也易引起传动轴本身的弯曲振动。
因此，传动轴当量夹角的设计和控制，是传动轴布置中最为重要的指标之一[8]。
而当量夹角的准确计算则是传动轴设计和优化的前提和基础。
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
基于响应面法的转向驱动桥空心半轴轻量化优化设计
基于响应面法的转向驱动桥空心半轴轻量化优化设计汪朝晖;朱发渊;吕密;陈思【摘要】提出了一种基于数值优化与有限元模拟相结合的汽车转向驱动桥空心半轴轻量化设计方法.以半轴各段的壁厚、长度和过渡角为设计变量,半轴质量最小化为优化目标,2阶约束模态频率和半轴花键末端圆角过渡处等效应力为约束条件,建立了半轴轻量优化模型.利用正交试验设计得到10个设计变量和3个水平的数值模拟试验组合.采用最小二乘法建立了响应面近似模型,并利用序列二次规划算法对模型进行了迭代优化.结果表明:轻量化优化后的变径全空心半轴质量比初始设计减少约16.7g,半轴2阶约束模态频率增加约0.6Hz,且半轴花键末端圆角过渡处和最小轴径处的等效应力值均低于半轴材料的抗扭强度.【期刊名称】《汽车工程》【年(卷),期】2015(037)012【总页数】6页(P1477-1481,1476)【关键词】空心半轴;轻量化设计;正交试验设计;最小二乘法;响应面模型【作者】汪朝晖;朱发渊;吕密;陈思【作者单位】武汉科技大学机械自动化学院,武汉430081;武汉科技大学机械自动化学院,武汉430081;重庆建设工业(集团)有限责任公司,重庆400054;武汉科技大学机械自动化学院,武汉430081【正文语种】中文汽车轻量化设计是节约能源消耗的重要途径，研究表明：汽车运动部件质量每减轻1%，则可节油2%[1]。
转向驱动桥半轴是汽车最重要的运动零部件之一，它对汽车的驱动性能和运行稳定性有重要影响。
传统的转向驱动桥半轴结构轻量化优化设计主要是依据工程经验，其试验研究难度较大，设计周期冗长。
因此，采用新的轻量化优化方法设计转向驱动桥半轴势在必行。
国内外诸多学者在保证汽车传动轴工作可靠的基础上引入材料低载强化特性获取新型传动轴结构，取得了较好效果。
文献[2]中以材料40Cr的低载强化特性为依据，设计出空心传动轴，并对轻量化的传动轴进行强度校核及模态对比分析，验证了设计可行性；文献[3]中在传动轴结构优化过程中，以最佳累积强化效果为目标，根据设计应力分布区间与结构低载强化特性区间的对应关系获取了结构尺寸参数，验证了结构轻量化设计的有效性。
考虑振动的传动轴可靠性优化设计
3 可靠性优化设计数学模型
3. 1 设计变量
由以上各计算公式知 , 影响传动轴临界转速 的大小主要是轴的几何尺寸 。其中外径 D 、 壁厚 δ是要选择确定的尺寸 , 长度 L 虽是由车辆总体 尺寸确定的 , 但其误差也对临界转速 nk 有影响 。 故取设计变量为 :
X = ( x1 , x 2 , x 3 ) = ( D , δ, L )
UDmax = mL ω
2
2 弯曲自然振动频率的计算
2. 1 弯曲自然振动频率
4
y2 max
( 7)
当传动轴旋转时 , 因为离心力等原因 , 所以产
收稿日期 :2002 - 04 - 20
根据能量守恒定理有 : Usmax = UDMAX , 所以
) ,男 ,武汉科技大学城市建设学院 ,副教授 . 作者简介 : 邵正宇 (1957 —
( 武汉科技大学城市建设学院 ,湖北 武汉 ,430070)
摘要 : 汽车及工程机械用传动轴在高速转动时产生的弯曲振动 ,可能导致共振现象而使传动轴断裂 。所以在 设计传动轴时必须有足够大临界转速以防止共振发生 。以传动轴的临界转速最大为目标 ,提出了传动轴可靠 性优化设计的数学模型和方法 ,并进行了实例计算 。 关键词 : 传动轴 ; 振动 ; 临界转速 ; 可靠性优化 中图分类号 :TH114 文献标识码 :A 文章编号 :1001 - 4985 (2002) 04 - 0382 - 04
d2 y M = EJ d x2
( 3)
当传动轴旋转时 , 由于初挠度的存在 , 使轴中 间与其两端的旋转中心偏移而产生离心力 。该离 心力又引起传动轴的进一步弯曲 , 其最大挠度为 y max 。由于重力的大小和方向不变 , 而离心力的 大小和方向随轴的转动而改变 , 在此两力的合力 作用下 , 传动轴的载荷呈周期性变化 , 其挠度也随 之变化 , 此即弯曲振动 。其振动频率等于轴的角 速度 。当该振动频率接近传动轴的弯曲自然振动 频率时 , 就会出现共振现象 , 这时振幅急剧增加 , 严重时导致传动轴折断 。因此 , 我们在设计传动 轴时 , 必须考虑如何避免这一情况发生 。 传动轴的材料一般都采用电焊钢管 。用传统 方法设计时 , 为了保证传动轴有足够大的自然振 动频率和扭转强度 , 往往是先凭经验选择尺寸 , 再 进行验算 , 具有一定的盲目性 , 一般情况下得到的 结果也趋于保守 。用可靠性优化设计方法设计传 动轴 , 既考虑了轴材料性能参数和轴几何参数的 实际分布状况 , 又能在一定的范围内寻求符合使 用条件的最优值 , 从而克服传统方法的缺点 。
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 。
传动轴多目标可靠性优化设计_陈志华
煤矿机械Coal Mine MachineryVol.35No.11Nov.2014第35卷第11期2014年11月doi :10.13436/j.mkjx.2014110120引言在机械设计过程中会遇到各种随机性因素，为保证产品的可靠性，应对重要的部件进行可靠性分析，在处理其中的各种随机变量时，通常假设其遵循某一种概率分布，当未明确分布情况时，通常假定其为正态分布，这样将得到较为保守的结果。
在分析过程中为保证设计合理，通常需考虑多项的设计指标，并根据必要性分配权重，使结果达到最优，这就构成了多目标可靠性优化问题。
1可靠性设计的数学模型传统设计是以计算安全系数n 为主要内容，以计算安全系数时用到的应力、强度等参数均取单值为前提，可靠性设计考虑了载荷、零部件的尺寸及材料性能等参数的多值性。
具有多个设计参数，能够保证在一定可靠度的条件下达到设计的最优化，使得设计方案更加合理。
可靠性分析设计的理论基础基于应力－强度干涉模型，认为强度大于应力时就不会发生失效，模型中应力和强度都假设是随机变量，记为s 和r ，定义可靠度R=P （r ＞s ）=P （r-s ＞0）假定应力、强度随机变量都服从正态分布N （μs ，σs ）、N （μr ，σr ），其分布密度分别为f （s ）=12π姨σs exp ［-（s-μs ）22σs 2］，g （r ）=12π姨σrexp ［-（r-μr ）22σr2］式中μs 、μr ———应力与强度的均值；σs 、σr ———应力与强度的标准差。
按概率论知，2个服从正态分布的独立随机变量之差y=r-s ，亦服从正态分布N （μy ，σy ），相关系数ρ=0，分布密度f （y ）=12π姨σyexp ［-（y -μy）22σy 2］μy ＝μr -μs 、σy =σs 2+σr 2姨产品要可靠，需满足y=r-s ≥0R=P （y ≥0）=P （y -μy σy ≥-μy σy ）＝P （y -μy σy ≤μy σy）=准（μy σy ）＝准（μr -μsσs 2+σr2姨）得出μr -μsσs 2+σr2姨=准-1（R ）（1）由式（1）可得，将应力分布参数（μs ，σs ），强度分布参数N （μr ，σr ）和可靠度R 三者联系起来构成方程，从而完成可靠性设计。
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。
车轴设计与优化方案
车轴设计与优化方案1. 引言车轴作为整车传动系统的核心部件，承载着汽车的重量，并将发动机的动力传输到车轮上，因此车轴的设计和优化方案对于整车的性能和安全至关重要。
本文将讨论车轴的设计原理、常见问题以及优化方案，帮助读者更好地理解和应用车轴的设计与优化工作。
2. 车轴的设计原理车轴的设计原理主要包括以下几个方面：2.1 轴材的选择车轴的材料选择直接影响到车轴的强度、刚度和重量。
常见的车轴材料有钢材和铝合金。
钢材具有较高的强度和刚度，适合用于承载较大载荷的车辆。
而铝合金具有较低的密度和良好的耐腐蚀性能，在一些轻型车辆中广泛应用。
在车轴设计中，需要综合考虑材料的强度、重量和成本等因素，选择合适的材料。
2.2 轴的几何形状设计车轴的几何形状设计需要考虑到承载能力、旋转平衡、刚度和制动性能等因素。
常见的轴型有实心轴和空心轴两种。
实心轴结构简单，强度高，适用于承载高载荷的车辆，但重量较大。
空心轴能够有效减轻车轴的重量，但在承载能力上相对较低。
在车轴的几何形状设计中，需要结合实际运行条件和要求，选择合适的轴型。
2.3 轴的加工工艺车轴的加工工艺对于车轴的质量和性能同样至关重要。
常见的车轴加工工艺包括锻造、热处理和表面处理等。
锻造能够提高车轴的强度和抗疲劳性能，热处理能够改善车轴的组织结构和硬度，表面处理能够提高车轴的耐腐蚀性能。
在车轴的加工工艺中，需要根据车轴的材料和要求，选择合适的加工工艺。
3. 车轴的常见问题及优化方案3.1 轴断裂轴断裂是车轴在使用过程中的常见问题之一。
车轴断裂的原因主要有材料强度不足、金属疲劳、裂纹扩展等。
为了解决轴断裂问题，可以采取以下优化方案：•选择合适的轴材和热处理工艺，提高轴的强度和抗疲劳性能；•加强车轴的检测和监测工作，在使用过程中及时发现裂纹和缺陷；•优化车轴的几何形状设计，减少应力集中和断裂的风险。
3.2 轴承过热车轴承过热会导致车轴系统的故障和损坏。
造成轴承过热的原因主要有润滑不良、轴承损坏、过大的载荷等。
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
【期刊名称】《锻压装备与制造技术》
【年(卷),期】2016(051)001
【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.
【总页数】3页(P104-106)
【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
【相关文献】
1.空心轴优化设计 [J], 庞春
2.空心轴的优化设计方案 [J], 郑光超
3.空心轴橡胶关节外壁折弯工艺分析及工装优化设计 [J], 蔡鹏飞
4.多层高速旋转过盈配合圆筒的应力分析及径向尺寸优化设计方法研究 [J], 张鹏飞;王志恒;席光
5.窄间隙焊接技术在机车转向架空心轴自动化焊接上的应用研究 [J], 张祥;渠源;张虎
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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。
空心传动轴
UF –一体式– AAR更优的前轮驱动车辆可选用该解决方案，此时，UF 万向节为小回转半径提供了高摆角，并且AAR 万向节在卓越的NVH 性能和耐久性下允许有较高的安装角度。
与MTS 结合使用，可调整传动轴以实现轻质、最佳刚度和最高的乘座舒适度。
MTS轴MTS轴（MTS - 底部）是由一块材料制成的空心轴。
它们具有在最低重量的情况下，自然弯曲频率和扭转刚度的最高潜在协调性。
空心轴空心轴，可使自然弯曲频率和扭转刚度调整至用户的需求。
对于大多数空心轴应用，不需要减振器。
焊接空心轴焊接空心轴 (WTS - 中间)是主空心轴焊接到实心花键上的轴。
它们结合了良好的NVH 性与高强度。
实轴实轴（顶部）为一个实心轴，很好地结合了性能与成本。
对于多数应用来说，减振器用于将实轴的NVH 性协调至要求的水平。
配置示例传动轴是将扭矩从差速器传送到从动轮，从而使车轮对转向或悬挂作出响应的系统。
这一系统由三个主要部分组成：∙差速器端等速万向节(CVJ)∙连接轴∙轮毂端等速万向节(CVJ)通常，差速器端等速万向节采用一个移动节，可以允许传动轴由于悬挂运行情况而改变有效长度。
在前轴或转向轴装置中，轮毂端等速万向节必须通过一个较大的角度（最大达到52 度）来有效地传送扭矩。
在后轴布置中，万向节的工作角度要小的多。
AC –实轴– GI这些万向节与实轴的组合代表前轮驱动汽车最常见的解决方案。
合理的安装条件下的性能为从A级到D级的大多数车辆提供了良好的NVH 性能和耐久性。
UF –一体式– AAR更优的前轮驱动车辆可选用该解决方案，此时，UF 万向节为小回转半径提供了高摆角，并且AAR 万向节在卓越的NVH 性能和耐久性下允许有较高的安装角度。
与MTS 结合使用，可调整传动轴以实现轻质、最佳刚度和最高的乘座舒适度。
VL –一体式– VL拥有此结构的传动轴是优越的后轮驱动汽车的首选解决方案。
具有低周向间隙和最优移动力的紧凑VL-万向节满足这些车辆要求的功能。