沟槽式叶片泵的结构设计与动力学仿真研究

发布时间：2020-08-23 13:01

【摘要】：伴随着建设资源节约型和环境友好型社会的发展理念日渐深入人心,对生态环境具有严重威胁的油压传动系统已然背离当下绿色发展的主题,而洁净无污染的水液压系统则顺应时代潮流备受瞩目。水液压泵作为水液压系统的心脏,为整个系统输出动力,其性能的优劣关乎着整个水液压系统。就目前已有的水液压泵来看,仍然遭受泄漏量大,使用寿命短等问题困扰;水介质粘性低、润滑性差、腐蚀性强等问题依然是水液压泵亟待解决的关键性难题。本文提出了一种新型的具有良好受力性能的沟槽式叶片泵,希望可以通过新结构来降低关键部件制造材料的强度要求,扩大选材范围,为水泵使用自身强度不高,但摩擦性能、耐腐蚀性能、抗汽化性能优越的新型材料提供了可能,为解决水液压泵的关键性难题提出了新的解决办法。此外,该泵还具有理论流量脉动脉动率为零的特点,使其可以作为强腐蚀性液体的计量泵应用在化工、制药等领域。这对该泵在今后的研究发展中带来极大的竞争优势。本文针对沟槽式叶片泵进行了结构特点和工作原理的剖析阐述,解释其具有良好受力性能和理论流量脉动率为零的原因;对其缸体和分配板之间的关键摩擦副进行理论受力分析,运用AYSYS有限元软件作关于结构强度的数值模拟计算,验证其仿真结果是否满足所选材料的许用强度要求;针对圆柱叶片与缸体形成摩擦副进行理论泄漏计算,分析工作压力、间隙大小、介质粘度等不同因素对泄漏量的影响,运用FLUENT软件模拟出圆柱叶片与缸体间隙内流场模型,与理论结果对比验证;对决定圆柱叶片运动轨迹的凸轮曲线进行设计,并在ADAMS软件中建立模型并进行动力学分析,得出不同曲线运动规律下圆柱叶片的速度、加速度及受力等曲线,验证理论计算结果的正确性。
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TH137.51
【图文】：

1-轴 2、8、9-滑动轴承 3-轴承座 4-斜盘5-滑靴 6-保持环 7-回程盘 10-止推轴承11-柱塞 12-柱塞套 13-缸体 14-配流盘1、10-泵盖 2、3-泵体 4-泵壳 5-斜盘6、14止推轴承 7-轴 8、9滑动轴承11-滑靴 12-柱塞 13-缸套 15-吸入阀16-压出阀图 1-1 美国特拉华大学海水泵结构图 图 1-2 英国芬纳公司海水泵结构图日本：二十世纪八十年代，日本三菱重工和川崎重工致力于海洋深潜器的浮力调节系统相继开发了多种型号的海水液压泵，使海洋深潜器的作业深度由2000m 增加至6000m ，为海洋资源开发提供了一定的技术支持[21,22]。1991 年日本小松研究所设计开发了压力为21MPa 、流量为30L/min 的轴向柱塞式海水液压泵，该泵选择碳纤维增强高分子塑料和陶瓷进行关键零部件制造，极大地改善了其工作性能[23,24]。在上世纪八十年代，西欧的许多工业强国就已经看到了水液压技术在工程领域的巨大潜力，并把其列入了欧洲尤里卡计划（EUREKA）新技术发展规划里重点研究项目之一[25]。德国豪森科公司、芬兰坦佩雷大学、丹麦丹佛斯公司等机构采用陶瓷、纤维增强塑料及工程树脂等新型材料设计开发了机械效率高、使用寿命长的水液压元件，如图 1-4 所示，在水液压领域的国际市场里占有了很大的份额[26-28]。3 4 5 6 7 8 9 103 4 5 6 7 8 9 10 11 12

1-轴 2、8、9-滑动轴承 3-轴承座 4-斜盘5-滑靴 6-保持环 7-回程盘 10-止推轴承11-柱塞 12-柱塞套 13-缸体 14-配流盘1、10-泵盖 2、3-泵体 4-泵壳 5-斜盘6、14止推轴承 7-轴 8、9滑动轴承11-滑靴 12-柱塞 13-缸套 15-吸入阀16-压出阀图 1-1 美国特拉华大学海水泵结构图 图 1-2 英国芬纳公司海水泵结构图日本：二十世纪八十年代，日本三菱重工和川崎重工致力于海洋深潜器的浮力调节系统相继开发了多种型号的海水液压泵，使海洋深潜器的作业深度由2000m 增加至6000m ，为海洋资源开发提供了一定的技术支持[21,22]。1991 年日本小松研究所设计开发了压力为21MPa 、流量为30L/min 的轴向柱塞式海水液压泵，该泵选择碳纤维增强高分子塑料和陶瓷进行关键零部件制造，极大地改善了其工作性能[23,24]。在上世纪八十年代，西欧的许多工业强国就已经看到了水液压技术在工程领域的巨大潜力，并把其列入了欧洲尤里卡计划（EUREKA）新技术发展规划里重点研究项目之一[25]。德国豪森科公司、芬兰坦佩雷大学、丹麦丹佛斯公司等机构采用陶瓷、纤维增强塑料及工程树脂等新型材料设计开发了机械效率高、使用寿命长的水液压元件，如图 1-4 所示，在水液压领域的国际市场里占有了很大的份额[26-28]。3 4 5 6 7 8 9 103 4 5 6 7 8 9 10 11 12

图 2-1 带有圆柱叶片的缸体 图 2-2 圆柱叶片组合对密封、润滑及加工等角度考虑，沟槽式叶片泵的叶片被设计成中如图 2-2 所示。圆柱叶片的中间部分设计有带滚子的夹子，两者相对动区域由缸体的侧面开孔所限制。如图 2-3 所示，圆柱叶片滚子放置凸轮所形成的凸轮槽中。当传动轴带动缸体转动时，滚子沿着凸轮的带动下，圆柱叶片完成了以传动轴为中心的周向运动以及沿叶片腔轴向运动。调节隔板固定隔板

【参考文献】

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本文编号：2801558