活塞式压缩机主传动系统动力学与流体力学耦合研究

发布时间：2017-04-02 14:14

  本文关键词：活塞式压缩机主传动系统动力学与流体力学耦合研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：活塞式压缩机主传动系统是压缩机的核心部件,其动力学、流体力学及传热学性能不仅直接影响到压缩机工作的可靠性和稳定性,还制约了传动系统效率和压缩机正常工作寿命。因而,动力学、流体力学及传热学性能分析历来是压缩机主传动系统设计理论基础的重要组成部分。然而,长期以来,有关主传动系统动力学、流体力学以及传热学行为的研究都集中在各单一学科领域内进行。因此,针对主传动系统各种行为的跨学科耦合研究、提高系统理论分析的准确性,具有重要的理论和现实意义。首先,本文以质量守恒和能量守恒定理为理论依据,在一定的假设条件下,建立往复式压缩机工作过程数学模型,编程求解并给出热力过程示功图。重点分析研究了气阀动力特征参数(如阀片刚度,质量等)对于气体压力变化以及示功图的影响。其次,在详细地分析了系统所受外力的前提下,以虚拟样机技术为基础,建立曲轴-滚动轴承系统仿真模型,并通过ADAMS和MATLAB联合仿真,实现主传动系统动力学行为的仿真分析。在建立考虑皮带弹性模型时,为了解决建立ADAMS动力学仿真模型所带来的困难,提出了以带的刚度为基础的等效模型。仿真结果表明：(1)考虑曲轴弹性变形时,系统主轴承径向位移及反力将会重新分布,且分布规律受到轴承支承刚度系数及压轴力的影响；(2)皮带弹性因素对于轴承反力水平分量的影响远大于竖直分量,且皮带弹性对主轴三处轴截面轴心水平振幅影响各有不同,其中对压轴力处轴颈轴心水平振幅影响最大,靠近带轮一侧主轴承处次之,另一侧主轴承处最小。第三,以某W型活塞式空压机为试验对象,在自行设计的测试平台上进行了主传动系统的动力学实验。依据试验数据研究了主传动系统动力学特性,分析了系统工作时主轴轴心轨迹、轴承反力以及热力过程p-V示功图。实验与仿真结果对比分析知：影响主轴承轴心轨迹及轴承反力的因素包括轴承支承刚度系数,皮带弹性作用以及活塞力即气体力。第四,从系统的观点出发,给出了研究探索主传动系统动力学、流体力学与传热学三者间内在耦合相互作用机制的完整方案。其中,对主传动系统多学科行为耦合关系和解耦方法提出了指示性的建议,为顺利解决跨学科耦合分析问题奠定了基础。最后,总结全文所作的主要工作,对未来进一步研究提出了展望性的意见。
【关键词】：主传动系统 热力过程 动力学仿真 轴心轨迹 耦合分析
【学位授予单位】：安徽工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH457
【目录】：

• 中文摘要5-7
• 英文摘要7-15
• 主要符号表15-16
• 第1章 绪论16-23
• 1.1 研究背景及研究意义16-17
• 1.1.1 研究背景16-17
• 1.1.2 本课题的研究意义17
• 1.2 研究现状17-21
• 1.2.1 压缩机工作过程研究现状17-18
• 1.2.2 动力学模型研究现状18-21
• 1.3 课题的研究方法21
• 1.4 本课题的来源和研究内容21-23
• 1.4.1 课题来源21
• 1.4.2 课题研究内容21-23
• 第2章 活塞式压缩机气缸热力过程模拟23-35
• 2.1 引言23
• 2.2 压缩机理想气体绝热过程23-25
• 2.2.1 理想模型23-24
• 2.2.2 理想模型示功图24-25
• 2.3 压缩机实际热力过程25-31
• 2.3.1 热力学理论基础25-27
• 2.3.2 实际热力过程数学模型27-29
• 2.3.3 示功图29-31
• 2.4 阀片位移与气体压力的影响因素31-34
• 2.4.1 阀片质量31-32
• 2.4.2 弹簧刚度系数32
• 2.4.3 弹簧预压缩量32-33
• 2.4.4 弹簧数量33
• 2.4.5 曲轴转速33-34
• 2.4.6 阀片升程34
• 2.5 本章小结34-35
• 第3章 活塞式压缩机主传动系统动力学仿真35-55
• 3.1 引言35
• 3.2 动力学仿真基础35-39
• 3.2.1 系统受力分析35-39
• 3.2.2 仿真分析方法39
• 3.3 动力学建模39-44
• 3.3.1 建立实体模型40-42
• 3.3.2 建立ADAMS仿真模型42-44
• 3.4 仿真结果分析44-54
• 3.4.1 刚性曲轴44-46
• 3.4.2 弹性曲轴46-49
• 3.4.3 考虑皮带弹性的主传动系统49-54
• 3.5 本章小结54-55
• 第4章 压缩机主传动系统实验研究55-69
• 4.1 引言55
• 4.2 实验平台搭建55-59
• 4.2.1 实验装置工作原理55-57
• 4.2.2 相关硬件说明57-59
• 4.3 实验验证59-68
• 4.3.1 实验方案59-61
• 4.3.2 实验步骤61-62
• 4.3.3 实验结果与分析62-68
• 4.4 本章小结68-69
• 第5章 耦合研究理论框架69-75
• 5.1 引言69
• 5.2 耦合研究的意义、必要性69
• 5.3 耦合研究方案69-73
• 5.3.1 研究目标69-70
• 5.3.2 总体思路70
• 5.3.3 研究内容70-72
• 5.3.4 拟解决的关键科学问题72
• 5.3.5 拟采取的研究方案72-73
• 5.4 耦合研究预测73-74
• 5.4.1 研究计划及预期进展73-74
• 5.4.2 预期研究成果74
• 5.5 本章小结74-75
• 第6章 全文总结75-78
• 6.1 本文所作的主要工作75-77
• 6.2 本文主要创新点77
• 6.3 对今后研究的展望77-78
• 参考文献78-81
• 攻读学位期间发表的学术论文81-82
• 致谢82

【参考文献】

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本文编号：282632