(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210999702.X (22)申请日 2022.08.19 (71)申请人 哈尔滨工程大 学 地址 150001 黑龙江省哈尔滨市南岗区南 通大街145号 (72)发明人 刘春川　冯志伟　陈涛　马文生　 何庆妍　 (74)专利代理 机构 哈尔滨市松花江专利商标事 务所 23109 专利代理师 岳泉清 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 111/04(2020.01) G06F 111/06(2020.01)G06F 111/10(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 基于轻量化目标的往复式隔膜泵机座结构 设计方法 (57)摘要 一种基于轻量化目标的往复式隔膜泵机座 结构设计方法， 属于往复式隔膜泵结构设计领 域。 本发明针对现有往复式隔膜泵机座根据经验 设计， 无法保证获得最优的设计模型的问题。 包 括： 建立隔膜泵动力端整体结构的三维等效模 型； 进行网格划分， 计算机座承受的最大应力、 最 大变形量和机座质量； 确定待优化设计尺寸参数 取值区间； 建立尺寸参数与最大应力和最大变形 量的对应函数关系， 进行多目标优化， 使最大应 力和最大变形量获得最小值； 再根据尺寸参数的 当前取值建立圆角规整处理后的机座模型， 直到 经计算确定当前取值满足机座模 型的性能要求， 将当前取值作为优化后尺寸参数值， 进行机座的 结构设计。 本发 明用于实现隔膜泵机座的轻量化 设计。 权利要求书1页 说明书5页 附图4页 CN 115169057 A 2022.10.11 CN 115169057 A 1.一种基于轻量 化目标的往复式隔膜泵机座结构设计方法， 其特 征在于包括， 步骤一： 建立往复式隔膜泵动力端 整体结构的三维等效模型； 步骤二： 对三维等效模型进行网格划分， 根据往复式隔膜泵动力端实 际运动时所受载 荷和约束， 计算机座承受的最大应力、 最大变形量和机座质量； 步骤三： 定义机座的待优化设计尺寸 参数， 并确定每 个尺寸参数的取值区间； 步骤四： 分别建立所有尺寸参数与最大应力和最大变形量的对应函数关系； 并根据建 立的两个对应函数关系在尺寸参数的取值区间内进行多目标优化， 进 行使最大应力和最大 变形量获得最小值的迭代计算； 在每次计算后根据尺寸参数的当前取值建立圆角规整处理 后的机座模型， 计算机座模 型是否满足性能要求； 若不满足则返回步骤三； 直到尺寸参数的 当前取值满足机座模型 的性能要求， 将每个尺寸参数 的当前取值作为优化后尺寸参数值， 进行机座的结构设计。 2.根据权利要求1所述的基于轻量化目标的往复式隔膜泵机座结构设计方法， 其特征 在于， 步骤一中三维等效模型与往复式隔膜泵动力端 整体结构等尺寸、 等 面积以及等质量； 将往复式隔膜泵动力端的导向板和机座共同作为 三维等效模型中的机座。 3.根据权利要求1或2所述的基于轻量化目标的往 复式隔膜泵机座结构设计方法， 其特 征在于， 步骤二中采用HyperMesh模块对三维等效模型进行非结构化网格划分。 4.根据权利要求3所述的基于轻量化目标的往复式隔膜泵机座结构设计方法， 其特征 在于， 步骤二中往复式隔膜泵动力端实际运动时所受载荷和约束包括： 所受载荷包括重力、 任意两缸的接杆 上活塞力、 托架反作用力和极限载荷； 约束包括： 对机座底面、 机座 四个环面以及对曲轴驱动端端面的固定约束； 对三个连杆 端面的横向位移约束； 设置导板和机座、 嵌块和机座、 连杆和导板之间存在摩擦接触， 摩擦 系数设为0.15； 圆柱滚子轴承与机座、 曲轴轴承与机座、 大盖与机座之间设置为无摩擦约 束； 轴承与轴承压盖、 轴承压盖与机座、 曲轴轴承与连杆、 连杆小端内圆面与轴承外圆面之 间设置为绑定约束。 5.根据权利要求4所述的基于轻量化目标的往复式隔膜泵机座结构设计方法， 其特征 在于， 待优化设计尺寸参数包括机座的上板厚度、 底板厚度、 导向板支架数量、 导向板壁厚 和导向板 长度。 6.根据权利要求5所述的基于轻量化目标的往复式隔膜泵机座结构设计方法， 其特征 在于， 步骤四中采用神经网络算法建立所有尺寸参数与最大应力和最大变形量的对应函数 关系。 7.根据权利要求6所述的基于轻量化目标的往复式隔膜泵机座结构设计方法， 其特征 在于， 步骤四中迭代计算采用非支配排序遗传算法。 8.根据权利要求7所述的基于轻量化目标的往复式隔膜泵机座结构设计方法， 其特征 在于， 步骤四中每次迭代计算后， 若尺寸参数的当前取值不满足机座模型的性能要求， 则返 回步骤三重新确定每 个尺寸参数的取值区间后进行 下一次迭代计算。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115169057 A 2基于轻量化 目标的往复式隔膜泵机座结构设计方 法 技术领域 [0001]本发明涉及基于轻量化目标的往复式隔膜泵机座结构设计方法， 属于往复式隔膜 泵结构设计领域。 背景技术 [0002]隔膜泵机座是往复式隔膜泵重要的承载部件， 在装配过程中会受到螺栓预紧力的 作用以及其他部件对机座的重力， 以及在动力端运动过程中会受到其他部件的压力以及两 个连杆活塞力的作用， 因此机座的结构强度和刚度是否满足使用要求， 不仅关系到能否保 证实际工作的运行效率， 而且 还关系到 工作的安全性和结构的完整性。 [0003]现有的往复式隔膜泵机座根据相关需求进行经验设计、 改造， 这样无法保证设计 出来的模 型是最优的， 同时还会浪费大量时间以及材料。 因而， 对往复式隔膜泵机座结构进 行轻量化优化设计具有重要的意 义。 发明内容 [0004]针对现有往复式隔膜泵机座根据经验设计， 无法保证获得最优的设计模型的问 题， 本发明提供一种基于轻量 化目标的往复式隔膜泵机座结构设计方法。 [0005]本发明的一种基于轻量 化目标的往复式隔膜泵机座结构设计方法， 包括， [0006]步骤一： 建立往复式隔膜泵动力端 整体结构的三维等效模型； [0007]步骤二： 对三维等效模型进行网格划 分， 根据往复式隔膜泵动力端实际运动时所 受载荷和约束， 计算机座承受的最大应力、 最大变形量和机座质量； [0008]步骤三： 定义机座的待优化设计尺寸 参数， 并确定每 个尺寸参数的取值区间； [0009]步骤四： 分别建立所有尺寸参数与最大应力和最大变形量的对应函数关系； 并根 据建立的两个对应函数关系在尺寸参数的取值区间内进行多目标优化， 进 行使最大应力和 最大变形量 获得最小值的迭代计算； 在每次计算后根据尺寸参数的当前取值建立圆角规整 处理后的机座模型， 计算机座模型是否满足性能要求； 若不满足则返回步骤三； 直到尺寸参 数的当前取值满足机座模型的性能要求， 将 每个尺寸参数的当前取值作为优化后尺寸参数 值， 进行机座的结构设计。 [0010]根据本发明的基于轻量化目标的往复式隔膜泵机座结构设计方法， 步骤一中三维 等效模型与往复式隔膜泵动力端 整体结构等尺寸、 等 面积以及等质量； [0011]将往复式隔膜泵动力端的导向板和机座共同作为 三维等效模型中的机座。 [0012]根据本发明的基于轻量化目标的往复式隔膜泵机座结构设计方法， 步骤二中采用 HyperMesh模块对三维等效模型进行非结构化网格划分。 [0013]根据本发明的基于轻量化目标的往复式隔膜泵机座结构设计方法， 步骤二中往复 式隔膜泵动力端实际运动时所受载荷和约束包括： [0014]所受载荷包括重力、 任意两缸的接杆 上活塞力、 托架反作用力和极限载荷； [0015]约束包括： 对机座底面、 机座四个环面以及对曲轴驱动端端面的固定约束； 对三个说　明　书 1/5 页 3 CN 115169057 A 3