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本文以J型机座某计量泵的主传动轴—N型轴为研究对象,以强度及刚度理论作为理论基础,运用有限元方法对N型轴整体性能进行分析,再使用ANSYS Workbench的优化模块DesignXplore对N型轴的结构参数进行多目标优化,从而实现对N型轴的内部结构参数的设计,改变N型轴的性能、为N型轴的设计优化提供重要依据,对提高计量泵整体性能及计量精度有着十分重要的意义。首先介绍计量泵的结构组成、流量调节方式及工作原理,对J型机座计量泵的主要零部件进行设计,从而确定出N型轴的尺寸。分析了计量泵各关键部件理论上的受力情况,找出N型轴在工作过程中的危险工况,并确定该工况下作用在N型轴上的连杆力的大小。然后利用Solidworks对N型轴进行三维参数化建模,然后对N型轴运用有限元分析软件ANSYS Workbench进行静力学仿真分析,模拟出N型轴在危险工况下的等效应力及变形量的值,并且校核N型轴的静强度和刚度,结果表明,N型轴的静强度和刚度不仅均满足工作需求,而且还存在很大应力余量。其次,探究了 N型轴在工作过程中受动载荷情况下的性能,先利用ANSYS Workbench对N型轴进行了模态分析,求解其前四阶固有频率和振型,并计算其工作频率,结果证实,N型轴在其工作过程中所受到的振动频率避开了其固有振型,避免了共振的发生,再对N型轴进行了瞬态动力学的仿真分析,以半个周期五个角度为研究对象,分析了N型轴旋转0°、45°、90°、135°、180°下的形变及受力情况,找出N型轴在45°、90°时为最危险的工况,为参数优化设计提供了理论依据。最后,使用ANSYS Workbench的优化模块DesignXplore对N型轴的结构参数进行多目标优化,以N型轴的质量、最大等效应力(Equivalent Stress Maximum)和最大总变形(Total Deformation Maximum)为优化目标,并选取了细轴的直径D1、粗轴直径D2及细轴的倾斜角度β作为优化参数,首先定性的分析了各优化参数分别随目标函数和的变化规律,并在此基础上,确定了三组优化方案,并对三组优化结果进行分析和讨论,并最终确定优化方案,使N型轴的整体性能得到提高。