混合高阶傅里叶非圆齿轮驱动的差速泵的建模、优化及试验研究
发布时间：2021-02-16 16:08
容积泵因其诸多优点被工业和农业机械领域广泛应用,但是这些泵都存在一些关键的技术难题,如往复式容积泵存在排量小、压力脉动明显、噪声大等问题。转子式容积泵存在径向力不平衡、容易泄漏、高压力下容易磨损、有较大的流体噪声和困液问题。经过国内、外科研院所多年的技术攻关,容积泵在这些方面有很大改善,但是排量体积比小、脉动率大等问题需要继续研究解决。因此容积泵技术的创新和突破,对推进企业容积泵产品的更新换代,提高国产泵的技术水平有重要意义。本论文也得到国家自然科学基金委的资助,项目为“傅里叶非圆齿轮驱动的高性能植保用差速泵的建模、优化及试验研究”（51305403）。本论文提出混合高阶傅里叶非圆齿轮驱动的差速泵,在对非圆齿轮传动特性进行研究的基础上,对泵的性能和差速泵结构参数以及驱动系统内在关联性、优化方法和试验开展基础研究。本文主要的研究内容和结果如下:1)研究国内、外典型容积泵的现状、存在的问题,认为差速泵的原理和结构是较为理想的形式,重点研究新型的多叶片差速泵现状,总结差速泵的常用驱动机构特点,经过比较发现差速泵适合选用非圆齿轮驱动形式,其中傅里叶曲线表达式用于非圆齿轮节曲线设计有利于泵的性能...
【文章来源】：浙江理工大学浙江省
【文章页数】：130 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 容积泵研究背景及意义
1.2 国内、外典型容积泵的研究现状及分析
1.2.1 柱塞泵的研究现状及分析
1.2.2 齿轮泵的研究现状及分析
1.2.3 叶片泵（滑片泵）的研究现状及分析
1.2.4 多叶片差速泵研究现状及分析
1.2.5 差速泵值得进一步研究的方向
1.3 本论文的研究目的、内容和技术路线
1.3.1 本论文的研究目的
1.3.2 本论文的研究内容
1.3.3 本论文的技术路线
1.4 本章小结
1.5 参考文献
第二章 混合高阶傅里叶非圆齿轮驱动的差速泵的提出及基本计算模型建立
2.1 傅里叶非圆齿轮传动计算模型
2.1.1 傅里叶非圆齿轮节曲线表达
2.1.2 傅里叶非圆齿轮副传动比和从动非圆齿轮节曲线计算模型
2.1.3 傅里叶非圆齿轮副中心距计算模型
2.1.4 傅里叶非圆齿轮节曲线封闭条件
2.1.5 傅里叶非圆齿轮节曲线的曲率半径计算公式及凹凸性的判别公式
2.1.6 傅里叶非圆齿轮压力角计算公式
2.1.7 傅里叶非圆齿轮最大不根切模数判别式
2.2 混合高阶傅里叶非圆齿轮驱动的差速泵提出
2.2.1 混合高阶傅里叶非圆齿轮驱动的差速泵工作原理
2.2.2 阶数与差速泵叶片参数的基本关系
2.2.3 非圆齿轮节曲线参数与进、出口之间几何关系
2.3 差速泵基本计算模型建立
2.3.1 驱动非圆齿轮节曲线计算模型
2.3.2 混合高阶傅里叶非圆齿轮传动比计算模型
2.3.3 差速泵排量计算模型建立
2.3.4 差速泵瞬时流量计算模型建立
2.4 混合高阶变性傅里叶参数对差速泵瞬时流量特性的影响分析
2.4.1 傅里叶参数对单泵和双泵并联工作时瞬时流量的影响分析
2.4.2 阶数比对差速泵工作时瞬时流量的影响分析
2.4.3 节曲线变性系数对差速泵工作时瞬时流量的影响分析
2.5 本章小结
2.6 参考文献
第三章 不同类型非圆齿轮驱动的差速泵计算分析模型建立及特性比较
3.1 椭圆非圆齿轮驱动时的差速泵计算分析模型
3.1.1 椭圆非圆齿轮驱动机构传动计算模型
3.1.2 椭圆非圆齿轮驱动差速泵结构参数计算模型及性能计算模型
3.2 偏心圆非圆齿轮驱动时的差速泵计算分析模型
3.2.1 偏心圆非圆齿轮驱动机构传动计算模型
3.2.2 偏心圆非圆齿轮驱动差速泵结构参数计算模型及性能计算模型
3.3 巴斯噶非圆齿轮驱动时的差速泵计算分析模型
3.3.1 巴斯噶非圆齿轮驱动机构传动计算模型
3.3.2 巴斯噶非圆齿轮驱动差速泵结构参数计算模型及性能计算模型
3.4 正弦非圆齿轮驱动时的差速泵计算分析模型
3.4.1 正弦非圆齿轮驱动机构传动计算模型
3.4.2 正弦非圆齿轮驱动差速泵结构参数计算模型及性能计算模型
3.5 差速泵特性分析软件编写
3.6 不同非圆齿轮驱动的差速泵特性优劣分析对比
3.7 本章小结
3.8 参考文献
第四章 混合高阶傅里叶非圆齿轮驱动的差速泵性能优化模型建立及求解
4.1 差速泵参数多目标优化的思路和方法
4.2 差速泵参数优化目标函数建立
4.2.1 差速泵多目标综合评价函数建立
4.2.2 差速泵排量子目标函数建立
4.2.3 差速泵脉动率子目标函数建立
4.2.4 差速泵叶片驱动齿轮不根切最大模数子目标函数建立
4.3 基于遗传算法的差速泵驱动机构多目标参数优化
4.3.1 MATLAB遗传算法工具箱
4.3.2 参数优化流程设计
4.3.3 参数边界确定
4.4 差速泵多目标参数优化软件编写
4.5 参数多目标优化结果分析
4.6 本章小结
4.7 参考文献
第五章 混合高阶傅里叶非圆齿轮驱动差速泵流场数值计算及流固耦合分析
5.1 差速泵容积腔流场数值计算与仿真
5.1.1 计算区域与网格划分
5.1.2 FLUENT求解模型设定
5.1.3 边界和动网格设置
5.1.4 吸、排液工况下的流场计算及结果分析
5.1.5 差速泵困液腔流场数值计算及结果分析
5.2 差速泵叶片阻力矩计算与非圆齿轮耦合动力学仿真分析
5.2.1 差速泵叶片阻力矩计算及仿真
5.2.2 差速泵腔内流体与非圆齿轮耦合动力学分析与仿真
5.3 本章小结
5.4 参考文献
第六章 混合高阶傅里叶非圆齿轮驱动的差速泵样机结构设计、加工与试验
6.1 差速泵样机试验台总体试验方案设计
6.2 差速泵样机设计与加工
6.2.1 差速泵结构设计及装配
6.2.2 傅里叶非圆齿轮副的设计与加工
6.2.3 差速泵样机叶片和固定方式设计与加工
6.2.4 差速泵样机主轴设计与加工
6.2.5 差速泵样机装配与调试
6.3 差速泵综合特性试验
6.3.1 差速泵样机试验方案设计与搭建
6.3.2 差速泵驱动非圆齿轮传动比测试与分析
6.3.3 差速泵排量特性试验
6.3.4 差速泵流体和非圆齿轮耦合特性测定与分析
6.4 本章小结
6.5 参考文献
第七章 结论与展望
7.1 结论
7.2 创新点
7.3 进一步研究工作展望
致谢
攻读学位期间的研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]双吸离心泵正反转工况流致振动噪声研究[J]. 王春林,罗波,夏勇,曾成,叶剑. 振动与冲击. 2017(07)
[2]基于流构全耦合模型的柱塞泵斜盘振动和压力脉动的研究（英文）[J]. Xiao-ping OUYANG,Xu FANG,Hua-yong YANG. Journal of Zhejiang University-Science A（Applied Physics & Engineering）. 2016(03)
[3]混合高阶傅里叶非圆齿轮驱动的差速泵多目标参数优化[J]. 徐高欢,陈建能,童志鹏. 农业机械学报. 2016(01)
[4]傅里叶非圆齿轮驱动四叶片差速泵设计与特性分析[J]. 徐高欢,陈建能,张国凤. 农业机械学报. 2014(12)
[5]基于改进遗传算法的农机具视觉导航线检测[J]. 孟庆宽,张漫,仇瑞承,何洁,司永胜,刘刚. 农业机械学报. 2014(10)
[6]渐开线直齿圆柱齿轮设计中模数及齿数的选择[J]. 李文正. 现代制造技术与装备. 2013(06)
[7]基于流固耦合的多级潜水泵叶轮结构强度分析[J]. 施卫东,徐燕,张启华,陆伟刚,周岭. 农业机械学报. 2013(05)
[8]基于CFD模型的温室温度多指标GA优化控制[J]. 李永博,孙国祥,楼恩平,汪小旵,丁为民. 农业机械学报. 2013(03)
[9]流固耦合作用对螺旋离心泵流场影响的数值分析[J]. 袁寿其,徐宇平,张金凤,裴吉,周建佳. 农业机械学报. 2013(01)
[10]复杂工况下柱塞泵流量脉动并行仿真与试验研究[J]. 杨华勇,宋月超,徐兵. 中国科学:技术科学. 2012(12)
博士论文
[1]离心泵瞬态水力激振流固耦合机理及流动非定常强度研究[D]. 裴吉.江苏大学 2013
[2]柱塞泵流量脉动测试方法和大范围工况降噪结构优化的研究[D]. 宋月超.浙江大学 2013
[3]海水淡化高压轴向柱塞泵的关键技术研究[D]. 翟江.浙江大学 2012
[4]流体激励诱发离心泵基座振动的研究[D]. 蒋爱华.上海交通大学 2012
[5]外啮合齿轮泵困油机理、模型及试验研究[D]. 李玉龙.合肥工业大学 2009
[6]轴向柱塞泵的虚拟样机及油膜压力特性研究[D]. 张斌.浙江大学 2009
硕士论文
[1]变性偏心圆—非圆行星系分插机构分析、设计与参数优化[D]. 高林弟.浙江理工大学 2011
[2]径向柱塞式液压泵受力分析及其配流机构的研究[D]. 裘信国.浙江工业大学 2005
本文编号：3036589
【文章来源】：浙江理工大学浙江省
【文章页数】：130 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 容积泵研究背景及意义
1.2 国内、外典型容积泵的研究现状及分析
1.2.1 柱塞泵的研究现状及分析
1.2.2 齿轮泵的研究现状及分析
1.2.3 叶片泵（滑片泵）的研究现状及分析
1.2.4 多叶片差速泵研究现状及分析
1.2.5 差速泵值得进一步研究的方向
1.3 本论文的研究目的、内容和技术路线
1.3.1 本论文的研究目的
1.3.2 本论文的研究内容
1.3.3 本论文的技术路线
1.4 本章小结
1.5 参考文献
第二章 混合高阶傅里叶非圆齿轮驱动的差速泵的提出及基本计算模型建立
2.1 傅里叶非圆齿轮传动计算模型
2.1.1 傅里叶非圆齿轮节曲线表达
2.1.2 傅里叶非圆齿轮副传动比和从动非圆齿轮节曲线计算模型
2.1.3 傅里叶非圆齿轮副中心距计算模型
2.1.4 傅里叶非圆齿轮节曲线封闭条件
2.1.5 傅里叶非圆齿轮节曲线的曲率半径计算公式及凹凸性的判别公式
2.1.6 傅里叶非圆齿轮压力角计算公式
2.1.7 傅里叶非圆齿轮最大不根切模数判别式
2.2 混合高阶傅里叶非圆齿轮驱动的差速泵提出
2.2.1 混合高阶傅里叶非圆齿轮驱动的差速泵工作原理
2.2.2 阶数与差速泵叶片参数的基本关系
2.2.3 非圆齿轮节曲线参数与进、出口之间几何关系
2.3 差速泵基本计算模型建立
2.3.1 驱动非圆齿轮节曲线计算模型
2.3.2 混合高阶傅里叶非圆齿轮传动比计算模型
2.3.3 差速泵排量计算模型建立
2.3.4 差速泵瞬时流量计算模型建立
2.4 混合高阶变性傅里叶参数对差速泵瞬时流量特性的影响分析
2.4.1 傅里叶参数对单泵和双泵并联工作时瞬时流量的影响分析
2.4.2 阶数比对差速泵工作时瞬时流量的影响分析
2.4.3 节曲线变性系数对差速泵工作时瞬时流量的影响分析
2.5 本章小结
2.6 参考文献
第三章 不同类型非圆齿轮驱动的差速泵计算分析模型建立及特性比较
3.1 椭圆非圆齿轮驱动时的差速泵计算分析模型
3.1.1 椭圆非圆齿轮驱动机构传动计算模型
3.1.2 椭圆非圆齿轮驱动差速泵结构参数计算模型及性能计算模型
3.2 偏心圆非圆齿轮驱动时的差速泵计算分析模型
3.2.1 偏心圆非圆齿轮驱动机构传动计算模型
3.2.2 偏心圆非圆齿轮驱动差速泵结构参数计算模型及性能计算模型
3.3 巴斯噶非圆齿轮驱动时的差速泵计算分析模型
3.3.1 巴斯噶非圆齿轮驱动机构传动计算模型
3.3.2 巴斯噶非圆齿轮驱动差速泵结构参数计算模型及性能计算模型
3.4 正弦非圆齿轮驱动时的差速泵计算分析模型
3.4.1 正弦非圆齿轮驱动机构传动计算模型
3.4.2 正弦非圆齿轮驱动差速泵结构参数计算模型及性能计算模型
3.5 差速泵特性分析软件编写
3.6 不同非圆齿轮驱动的差速泵特性优劣分析对比
3.7 本章小结
3.8 参考文献
第四章 混合高阶傅里叶非圆齿轮驱动的差速泵性能优化模型建立及求解
4.1 差速泵参数多目标优化的思路和方法
4.2 差速泵参数优化目标函数建立
4.2.1 差速泵多目标综合评价函数建立
4.2.2 差速泵排量子目标函数建立
4.2.3 差速泵脉动率子目标函数建立
4.2.4 差速泵叶片驱动齿轮不根切最大模数子目标函数建立
4.3 基于遗传算法的差速泵驱动机构多目标参数优化
4.3.1 MATLAB遗传算法工具箱
4.3.2 参数优化流程设计
4.3.3 参数边界确定
4.4 差速泵多目标参数优化软件编写
4.5 参数多目标优化结果分析
4.6 本章小结
4.7 参考文献
第五章 混合高阶傅里叶非圆齿轮驱动差速泵流场数值计算及流固耦合分析
5.1 差速泵容积腔流场数值计算与仿真
5.1.1 计算区域与网格划分
5.1.2 FLUENT求解模型设定
5.1.3 边界和动网格设置
5.1.4 吸、排液工况下的流场计算及结果分析
5.1.5 差速泵困液腔流场数值计算及结果分析
5.2 差速泵叶片阻力矩计算与非圆齿轮耦合动力学仿真分析
5.2.1 差速泵叶片阻力矩计算及仿真
5.2.2 差速泵腔内流体与非圆齿轮耦合动力学分析与仿真
5.3 本章小结
5.4 参考文献
第六章 混合高阶傅里叶非圆齿轮驱动的差速泵样机结构设计、加工与试验
6.1 差速泵样机试验台总体试验方案设计
6.2 差速泵样机设计与加工
6.2.1 差速泵结构设计及装配
6.2.2 傅里叶非圆齿轮副的设计与加工
6.2.3 差速泵样机叶片和固定方式设计与加工
6.2.4 差速泵样机主轴设计与加工
6.2.5 差速泵样机装配与调试
6.3 差速泵综合特性试验
6.3.1 差速泵样机试验方案设计与搭建
6.3.2 差速泵驱动非圆齿轮传动比测试与分析
6.3.3 差速泵排量特性试验
6.3.4 差速泵流体和非圆齿轮耦合特性测定与分析
6.4 本章小结
6.5 参考文献
第七章 结论与展望
7.1 结论
7.2 创新点
7.3 进一步研究工作展望
致谢
攻读学位期间的研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]双吸离心泵正反转工况流致振动噪声研究[J]. 王春林,罗波,夏勇,曾成,叶剑. 振动与冲击. 2017(07)
[2]基于流构全耦合模型的柱塞泵斜盘振动和压力脉动的研究（英文）[J]. Xiao-ping OUYANG,Xu FANG,Hua-yong YANG. Journal of Zhejiang University-Science A（Applied Physics & Engineering）. 2016(03)
[3]混合高阶傅里叶非圆齿轮驱动的差速泵多目标参数优化[J]. 徐高欢,陈建能,童志鹏. 农业机械学报. 2016(01)
[4]傅里叶非圆齿轮驱动四叶片差速泵设计与特性分析[J]. 徐高欢,陈建能,张国凤. 农业机械学报. 2014(12)
[5]基于改进遗传算法的农机具视觉导航线检测[J]. 孟庆宽,张漫,仇瑞承,何洁,司永胜,刘刚. 农业机械学报. 2014(10)
[6]渐开线直齿圆柱齿轮设计中模数及齿数的选择[J]. 李文正. 现代制造技术与装备. 2013(06)
[7]基于流固耦合的多级潜水泵叶轮结构强度分析[J]. 施卫东,徐燕,张启华,陆伟刚,周岭. 农业机械学报. 2013(05)
[8]基于CFD模型的温室温度多指标GA优化控制[J]. 李永博,孙国祥,楼恩平,汪小旵,丁为民. 农业机械学报. 2013(03)
[9]流固耦合作用对螺旋离心泵流场影响的数值分析[J]. 袁寿其,徐宇平,张金凤,裴吉,周建佳. 农业机械学报. 2013(01)
[10]复杂工况下柱塞泵流量脉动并行仿真与试验研究[J]. 杨华勇,宋月超,徐兵. 中国科学:技术科学. 2012(12)
博士论文
[1]离心泵瞬态水力激振流固耦合机理及流动非定常强度研究[D]. 裴吉.江苏大学 2013
[2]柱塞泵流量脉动测试方法和大范围工况降噪结构优化的研究[D]. 宋月超.浙江大学 2013
[3]海水淡化高压轴向柱塞泵的关键技术研究[D]. 翟江.浙江大学 2012
[4]流体激励诱发离心泵基座振动的研究[D]. 蒋爱华.上海交通大学 2012
[5]外啮合齿轮泵困油机理、模型及试验研究[D]. 李玉龙.合肥工业大学 2009
[6]轴向柱塞泵的虚拟样机及油膜压力特性研究[D]. 张斌.浙江大学 2009
硕士论文
[1]变性偏心圆—非圆行星系分插机构分析、设计与参数优化[D]. 高林弟.浙江理工大学 2011
[2]径向柱塞式液压泵受力分析及其配流机构的研究[D]. 裘信国.浙江工业大学 2005
本文编号：3036589
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