轴向柱塞泵球面配流副润滑特性理论研究及其参数优化

发布时间：2017-10-09 22:01

  本文关键词：轴向柱塞泵球面配流副润滑特性理论研究及其参数优化

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【摘要】：轴向柱塞泵将液压能高效率的转化为机械能,进而提供给机械系统加以利用和转换,因而在流体机械领域获得了广泛应用。然而,为适应当前柱塞泵高速、高压以及大流量的发展趋势,研究柱塞泵系统内部机械摩擦、内部泄漏以及流量冲击等因素对容积效率和机械效率的影响具有重要意义,而这将主要决定于泵内三对摩擦副的工作状况。本文以球面配流副为研究对象,研究球面配流副油膜润滑特性,为进一步创新和改进轴向柱塞泵提供一定的理论参考。本文主要内容如下:通过引入欧拉角来表征缸体位姿,建立起球面配流副油膜分布的数学模型。在考虑实际配流副几何空间限制的基础上,利用遗传算法确定了最小和最大的油膜厚度以及所在位置。研究表明,缸体球面面心位置和缸体姿态对油膜的分布影响很大,油膜分布的均与对称性主要由缸体面心坐标来决定,而油膜厚度的大小分布位置则受缸体姿态影响。建立了基于N-S稳态层流的间隙流体动力学模型,获得了配流副密封区的压力分布式,提出了一种新的基于数据的非参数化建模方法,构建了基于多层感知机的密封区压力场模型,有利于分析各种参数变化对压力场分布的影响。分析表明,大的压力和粘度弱化了?尺寸对压力场的非线性影响,以至于在窄的密封带内呈现很强的线性分布特征;由于内外密封区压力场分布的不均匀性,将导致油膜支撑力变化剧烈,从而使得缸体倾侧变化较大。提出了非对称倾斜油膜的配流副泄漏模型,建立了油膜形态与泄漏流量之间的映射,推算了对称和非对称缝隙层流的球面配流副泄漏量计算公式。结果显示,在理论上,油膜厚度对泄漏量影响很大,泄漏量与配流副球心偏距的三次方成正比;低压时,在膜厚20~5?m范围内,油膜具有足够的刚度,可通过增加油膜间隙而改善润滑特性,同时保证小的容积损失。研究了配流副摩擦转矩损失与泵工作压力、转速以及油膜厚度的关系。给出了球面配流副在固体摩擦、边界润滑以及完全液体润滑下的摩擦转矩方程。为实际中直接根据摩擦转矩而不测量油膜厚度就能判断配流副润滑状态提供了新的思路。以球面配流副的力学平衡、流量泄漏以及摩擦转矩为三个主要的优化目标,开发了基于FA282润滑特性的多目标粒子群算法程序。设计方法能更加清楚的看到优化变量对设计指标的影响程度,以及各个指标之间的依赖关系,为实际选取设计参数提供了灵活多样的方案。优化结果满足主要的性能指标,保证了摩擦副的润滑和密封性能。
【关键词】：球面配流副 油膜润滑特性 压力场分布 流量泄漏 摩擦转矩 多目标优化
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH322
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-13
• 注释表13-14
• 第一章 绪论14-22
• 1.1 概述14-17
• 1.1.1 摩擦副润滑状态14-16
• 1.1.2 设计配油副的方法16-17
• 1.2 国内外研究现状17-20
• 1.2.1 轴向柱塞泵的发展17-19
• 1.2.2 国外研究进展19
• 1.2.3 国内研究进展19-20
• 1.3 本文研究内容20-22
• 第二章 球面配流副油膜形态研究22-29
• 2.1 概述22
• 2.2 球面配流副油膜厚度场解析22-24
• 2.3 最小最大油膜厚度计算24-25
• 2.4 数值计算模拟25-28
• 2.5 结论28-29
• 第三章 球面配流副流场解析与建模29-40
• 3.1 基于N-S方程的配流副压力场解析29-33
• 3.1.1 配流副润滑模型29-30
• 3.1.2 配流副层流间隙的压力分布方程30-31
• 3.1.3 密封区压力分布计算与分析31-33
• 3.2 密封区压力分布的非参数化模型33-38
• 3.2.1 BPNN建模技术简介33-34
• 3.2.2 多层感知机学习算法34-36
• 3.2.3 密封带压力场NN建模36-38
• 3.3 结论38-40
• 第四章 球面配流副泄漏量的研究40-59
• 4.1 概述40-41
• 4.2 球面配流副泄漏物理模型41-42
• 4.3 对称与非对称油膜泄漏方程42-49
• 4.3.1 对称油膜分布泄漏方程42-45
• 4.3.2 倾斜油膜体的泄漏方程45-49
• 4.3.2.1 基本分析45
• 4.3.2.2 数学模型45-48
• 4.3.2.3 两种模型的对比48-49
• 4.4 泄漏量方程数值计算与分析49-58
• 4.4.1 两种泄漏模型的算例49-51
• 4.4.2 包角f? 对泄漏量的影响51-52
• 4.4.3 密封带尺寸对泄漏量的影响52-53
• 4.4.4 球面半径与腰形槽位置对泄漏量的影响53-58
• 4.5 球面配流副的流量泄漏对泵容积效率的影响58
• 4.6 总结58-59
• 第五章 球面配流副的机械摩擦特性研究59-75
• 5.1 概述59-60
• 5.2 球面配流副工作原理60-63
• 5.2.1 缸体对配流盘的压紧力60-62
• 5.2.2 密封带油膜的支撑力以及力矩62-63
• 5.3 球面配流副摩擦转矩方程63-65
• 5.4 配流副参数对固体摩擦转矩的影响65-69
• 5.4.1 工作压力对固体摩擦转矩的影响66
• 5.4.2 密封带尺寸对固体摩擦转矩的影响66-69
• 5.5 液体摩擦转矩特性分析及其参数影响69-73
• 5.5.1 油膜厚度对液体摩擦转矩的影响69-71
• 5.5.2 密封带尺寸对液体摩擦转矩的影响71-73
• 5.6 实际配流副工作摩擦转矩的讨论73
• 5.7 总结73-75
• 第六章 基于润滑特性的球面配流副多目标参数优化75-89
• 6.1 概述75
• 6.2 优化模型75-78
• 6.2.1 配流副力学平衡75-76
• 6.2.2 缸体对配流盘的压紧力和压紧力矩76-77
• 6.2.3 球面配流副的反推力以及反推力矩77
• 6.2.4 球面配流盘强度计算77
• 6.2.5 球面配流副的泄漏量77-78
• 6.2.6 球面配流副的摩擦转矩78
• 6.3 配流副设计参数78-79
• 6.4 配流副设计模型79-81
• 6.4.1 自定义变量选取79
• 6.4.2 目标函数的选取79-80
• 6.4.3 约束函数的选取80-81
• 6.5 基于粒子群的多目标优化策略81-82
• 6.6 优化结果与分析82-88
• 6.6.1 配流副已知参数的确定82
• 6.6.2 结果分析82-88
• 6.7 总结88-89
• 第七章 总结与展望89-91
• 7.1 研究总结89
• 7.2 创新点89-90
• 7.3 工作展望90-91
• 参考文献91-95
• 致谢95-96
• 在学期间的研究成果以及发表的学术论文96

【参考文献】

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本文编号：1002628