圆弧牙型螺旋摆动缸设计优化与螺旋副间油膜分析

发布时间：2017-04-03 13:00

  本文关键词：圆弧牙型螺旋摆动缸设计优化与螺旋副间油膜分析，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：两级螺旋副摆动液压缸是一种利用液压油的直线压力推动产生转矩的液压装置。油压通过两级螺旋副传递,可以在较短液压行程内输出大的角位移。两级螺旋摆动液压缸结构紧凑、输出扭矩大,运转平稳,有着叶片式、齿轮齿条式摆动液压缸不可比拟的优势,在工程机械与机器人等装配中应用广泛。特别在低速大扭矩工况下,螺旋摆动液压缸的作用尤为突出。目前,国内尚没有能够生产出大扭矩、高效率、长寿命的两级螺旋摆动液压缸。 本文运用虚拟样机技术对两级螺旋副进行设计优化,针对摆动油缸的关键参数,提出了相应的分析优化方法。运用RecurDyn多体动力学对油缸的齿形、螺旋升角计算优化,对油缸螺旋副的间隙流场做了动压润滑研究。 首次将圆弧牙型螺纹运用到两级螺旋摆动油缸中,推导出多头圆弧牙型螺纹的数学模型,推导油缸转角和转矩的计算公式,建立多套不同参数的油缸模型,对各零部件装配。 运用RecurDyn软件进行运动学建模和动力学建模,分析不同牙型参数以及不同螺旋副螺纹升角与扭矩输出的关系,并分析不同螺纹升角对轴向力和传递效率的影响。将圆弧牙型螺纹与梯形牙型螺纹做了相应的分析对比。最终得到效率较优的螺纹参数。 采用ICEM将三维油膜划分结构网格,运用动网格,编写UDF对网格移动进行控制,深入分析螺旋副间隙油膜动压润滑的关键因素,对油膜厚度、入口压力等参数对油膜进行分析研究。研究得到动压油膜存在油膜力矩拐点,并得出动压油膜强度与间隙参数的相关规律,得到实际的油缸螺旋副间隙参数。 对油缸关键地方做了有限元静态结构分析,校核了在最佳参数下的油缸设计,并进一步优化螺旋副设计参数。并对油缸的整体效率做了推导计算,重新定义了摆动油缸在动压润滑状态下的传递效率,得到油缸的容积效率,并进一步得到油缸的总体效率。
【关键词】：两级螺旋摆动液压缸 RecurDyn 结构网格 动网格 圆弧螺纹
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH137.51
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 第一章 绪论9-17
• 1.1 论文研究背景及目的意义9
• 1.2 摆动液压缸的发展9-13
• 1.3 国内外研究现状13-15
• 1.4 本文的主要研究思路及内容15-17
• 1.4.1 研究思路15
• 1.4.2 本文的主要研究内容15-17
• 第二章 螺旋摆动液压缸结构设计计算17-27
• 2.1 摆动油缸的工作原理17-18
• 2.1.1 摆动油缸的螺旋副运动说明18
• 2.1.2 油缸内各腔液压油流动简介18
• 2.2 油缸输出参数分析计算18-20
• 2.2.1 螺旋输出角度计算19
• 2.2.2 螺旋输出轴扭矩计算19-20
• 2.2.3 螺旋升角的选取20
• 2.2.4 确定油缸技术参数20
• 2.3 螺旋副牙型参数20-24
• 2.3.1 梯形螺纹参数21-22
• 2.3.2 圆弧牙型参数22-24
• 2.4 基于UG·NX的两级螺旋摆动液压缸三维建模24-26
• 2.4.1 螺旋摆动油缸各零部件三维模型的建立24-25
• 2.4.2 螺旋摆动液压缸的虚拟装配25-26
• 2.5 本章小结26-27
• 第三章 螺旋摆动液压缸螺旋副参数优化27-41
• 3.1 多体动力学理论基础27-28
• 3.1.1 多体系统动力学发展及研究方法27-28
• 3.1.2 RecurDyn软件介绍及应用28
• 3.2 螺旋摆动液压缸的运动分析28-31
• 3.2.1 运动学建模28-30
• 3.2.2 数值计算30-31
• 3.3 螺旋副参数优化31-39
• 3.3.1 动力学建模31-33
• 3.3.2 数值计算33-35
• 3.3.3 螺旋副主要参数优化35-38
• 3.3.4 摆动油缸效率体积比38-39
• 3.4 本章小结39-41
• 第四章 两级螺旋摆动油缸螺旋副间隙流场分析41-61
• 4.1 CFD简介41-42
• 4.2 间隙流场流动的基本控制方程42-45
• 4.2.1 质量守恒方程42-43
• 4.2.2 动量守恒方程43-44
• 4.2.3 能量守恒方程44
• 4.2.4 湍流模型的选取44-45
• 4.3 螺旋副间隙流场动压润滑的分析思路45-47
• 4.3.1 问题的提出45-46
• 4.3.2 问题解决的手段46
• 4.3.3 分析计算方法46
• 4.3.4 计算流程46-47
• 4.4 油膜模型的建立与网格划分47-51
• 4.4.1 模型建立47
• 4.4.2 结构网格划分47-50
• 4.4.3 动网格的选用50-51
• 4.5 求解器及边界条件51-53
• 4.5.1 选择求解器51
• 4.5.2 边界条件设置51-52
• 4.5.3 壁面的边界条52-53
• 4.6 设置求解条件53
• 4.7 螺旋副间隙油膜流场结果及分析53-59
• 4.7.1 油膜流场初始状态53-55
• 4.7.2 负载稳态流场55-57
• 4.7.3 分析结果数据提取57
• 4.7.4 不同入口油压的油膜强度57-58
• 4.7.5 分析不同间隙下的油膜承载情况58-59
• 4.8 本章小结59-61
• 第五章 油缸强度校核与总体效率计算61-70
• 5.1 摆动液压缸有限元强度校核61-66
• 5.1.1 摆动油缸有限元结构分析61-62
• 5.1.2 划分网格62-64
• 5.1.3 定义接触对64
• 5.1.4 边界条件定义与载荷施加64
• 5.1.5 有限元分析后处理64-66
• 5.2 摆动油缸总体效率66-69
• 5.2.1 滑动摩擦下的效率66-68
• 5.2.2 动压润滑下的油缸效率68-69
• 5.3 本章小结69-70
• 第六章 总结与展望70-71
• 6.1 总结70
• 6.2 展望70-71
• 致谢71-72
• 参考文献72-74

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 方栋;陈继志;;高强度螺栓螺纹根部应力集中的有限元分析[J];材料开发与应用;2007年02期

2 马涛;戴惠良;刘思仁;;基于FLUENT的液体动静压轴承数值模拟[J];东华大学学报(自然科学版);2010年03期

3 叶骞;孟国香;谢文华;;偏心负载对摆动气缸动特性影响及抑制措施[J];哈尔滨工业大学学报;2009年01期

4 梁开洪,张克危,许丽;轴流泵叶顶间隙流动的计算流体动力分析[J];华中科技大学学报(自然科学版);2004年09期

5 单有旭;孙颖智;梁林;高顺德;陈礼;;双螺旋摆动液压马达输出参数影响因素分析[J];建设机械技术与管理;2012年01期

6 赵晓明;王建楹;;船用遥控阀门摆动液压马达的设计[J];舰船科学技术;2007年06期

7 石延平,扬力;大摆角螺旋摆动油缸的设计[J];机床与液压;2000年01期

8 邹昌平;;某新型螺旋摆动器关键零件三维全参数化造型方法[J];机床与液压;2005年12期

9 钱学毅;邹丽梅;郭波;吴祯芸;;滑动螺旋副螺纹牙根应力有限元分析[J];机械设计与制造;2006年11期

10 周先辉;孙友松;张尔文;;基于有限元方法的传动螺纹螺牙轴向载荷分布规律分析[J];机械设计与制造;2008年01期

  本文关键词：圆弧牙型螺旋摆动缸设计优化与螺旋副间油膜分析，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：284329