斜轴式轴向柱塞马达的振动传递与噪声辐射研究

发布时间：2020-06-23 11:44

【摘要】：随着液压系统朝着高压、高速、数字化的方向发展,其振动烈度与噪声等级越来越高,严重影响液压元件的寿命和可靠性,同时危害工作人员的身心健康。因此,液压元件的减振降噪研究越来越受到业界的广泛关注。斜轴式轴向柱塞马达因其高功率重量比,耐高压、高速驱动等优点广泛应用于工程机械领域,作为液压系统重要的执行元件,也是液压系统的主要噪声源之一。当前对斜轴式轴向柱塞马达的振动噪声研究较少。因此,本文以某型号斜轴式轴向柱塞马达为研究对象,开展振动传递与噪声辐射研究并指导结构优化。课题的主要研究工作如下:首先,介绍斜轴式柱塞马达的结构和工作原理,并对柱塞马达的柱塞进行运动学分析和运动机构分析,获得柱塞马达内部的激振源及其激振频率;从激振源出发,进一步分析柱塞马达内部振动传递路径,归纳出振动传递的最终受体;以马达旋转体偏心与不平衡作为单一激振源,建立斜轴式柱塞马达内部机械振动传递路径物理模型与数学模型,利用MATLAB编程得到柱塞马达壳体和后端盖的振动特性。其次,以斜轴式轴向柱塞马达外壳为研究对象,建立外壳有限元模型,基于动力学有限元分析方法对其进行计算模态分析,得到其固有频率和模态振型;针对外壳振动剧烈区域进行谐响应分析,研究各激振频率下,柱塞马达外壳的振动特性及其变化规律;基于模态分析与振动谐响应分析的结果,建立斜轴式柱塞马达外壳边界元模型,对其进行噪声辐射仿真分析,获得马达外壳的声辐射特性。然后,基于振动噪声仿真分析的结果,对斜轴式柱塞马达的外壳结构进行拓扑优化;结合模态分析与拓扑优化的结果,对外壳结构进行减振降噪优化,对比改进前后结构的振动特性,进而确定最终优化方案;对比优化前后的外壳结构的振动特性、强度与噪声辐射情况,验证优化结构的有效性。最后,为进一步研究斜轴式柱塞马达的振动与噪声特性,在半消声室内对斜轴式柱塞马达进行振动与噪声实验测试;将不同转速、不同压力工况下柱塞马达的加速度频谱和声压级频谱与理论计算得到的激振频率进行对比,辨识出马达内部的主要激振源与噪声源。本文的创新之处在于,针对斜轴式柱塞马达的减振降噪研究,提出了谐响应与声学边界元相结合的分析方法,以获得马达外壳的振动与声辐射特性,有助于在设计阶段明确结构的声辐射情况,较大地提高设计效率;将拓扑优化方法应用于斜轴式轴向柱塞马达的减振降噪研究以指导结构优化,提高了柱塞马达的功率密度,为马达的结构优化与减振降噪提供一种新思路。
【学位授予单位】：福州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH137.51
【图文】：

柱塞马达,斜轴,工作原理图,锥柱

及了许多零部件的运动，明确各运动部件的运动关系有助于分析柱塞马达内部的激振源和逡逑振动传递路径。逡逑斜轴式柱塞马达的锥形柱塞在缸体内的运动可简化为如图２－２所示。图中与ＣＤ表逡逑示锥柱塞运动的两个位置。ｄ和Ｃ代表与主轴盘相连的锥柱塞球头的中心，ｉ？和Ｄ代表锥逡逑柱塞的底部位置。逡逑８逡逑

锥形柱,运动分析,缸体,下关

逑图２－２锥形柱塞在缸体内的运动分析逡逑由图２－２可知，在直角三角形Ｊ／＞５、ＣＤ０、ＪＣ尺中有如下关系成立：逡逑＼ＡＰ＼＝＼ＡＢ＼ｃｏｓ（ｐ０＝Ｌｃｏｓ（ｐ０逦（２－１）逡逑＼ＣＱ＼￣邋＼ＣＤ＼邋ｃｏｓ邋ｃｐ＝Ｌ邋ｃｏｓ邋ｃｐ逦（２－２）逡逑｜＾＾｜＝｜＾0｜８１１１７＝（１邋－ｃｏｓｉ／／）／？ｓｉｎ／逦（２－３）逡逑＼ＡＰ＼邋－邋＼ＣＱ＼邋＝逦＋邋｜／：Ｊ｜邋＋邋＼ＪＰ＼邋－＼ＣＧ＼邋－邋＼ＧＱ＼逡逑＝邋＼ＡＫ＼－ｓ逦（２－４）逡逑＝Ｌ邋（ｃｏｓ邋（ｐ０邋－邋ｃｏｓ邋ｃｐ）逡逑联立式（２－３）和式（２－４）可得柱塞的位移ｓ为：逡逑５邋＝邋｜＾Ａ＾｜－Ｚ，（ｃｏｓ＜ｐ０邋－ｃｏｓｇ））邋＝邋／？（ｌ－ｃｏｓｉ／／）ｓｉｎ／－Ｚ，（ｃｏｓ＜ｐ０邋－ｃｏｓｃｐ）逦（２－５）逡逑式中：逡逑ｓ—锥形柱塞的位移；逡逑Ｒ逦主轴盘球窝分布圆半径；逡逑ｙｊ主轴盘转角；逡逑ｙ逦缸体摆角；逡逑＜Ｐ—锥形柱塞的初始倾角，此时ｆＯ；逡逑（ｐ0逦锥形柱塞的倾角，此时Ａ端转过的角度为逡逑Ｌ——锥形柱塞的长度。逡逑由上述分析可知，锥形柱塞在缸体孔内部的轴向位移由两部分组成，一部分是主轴逡逑盘球窝引起的强制位移，一部分是柱塞倾角变化引起的附加位移。若已知主轴的转速为逡逑９逡逑

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