一体化电动液压动力单元的轻量化研究

发布时间：2017-05-04 00:00

  本文关键词：一体化电动液压动力单元的轻量化研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：传统的液压动力单元一般是将电动机和液压泵由联轴器连接在一起,呈现“三段式”的离散结构,这种结构存在结构复杂、质量大、噪声大、效率低、存在潜在的外泄漏等缺点。本课题研究的一体化电动液压动力单元是将电动机与液压泵集成为一体的新一代液压动力单元,它具有低噪声、无外泄漏、结构紧凑等优点,与传统动力单元相比,它在结构尺寸上约减小了一半,且质量也大大减小。而该液压动力单元还可以进行基于壳体的轻量化设计,使得它不仅能够适应航空航天、船舶机械等特殊的应用领域,同时能够达到节能环保的目标。 本文针对课题组研制出的一体化电动液压动力单元轻量化的问题,通过理论分析结合ANSYS软件的数值模拟,对液压动力单元壳体的强度、刚度进行分析,并通过采用轻质材料替换原壳体材料、改进壳体构件尺寸的方法来进行轻量化设计。由于出油口压盖存在着疲劳破坏的危险,故分别对不同型号铝合金材料的压盖进行疲劳寿命分析。研究分析发现,液压动力单元原壳体结构的强度、刚度和疲劳寿命都很高,其壳体的轻量化改进具有很大的空间；通过对轻量化壳体的强度、刚度与疲劳分析,结合材料密度、成本等因素选出最优材料为6061型铝合金。采用6061铝合金后,壳体质量减小了70.1%,可见轻量化设计具有明显的效果。 本论文的主要内容如下： 第1章,阐述了本课题的研究背景、目的和意义；概述了液压动力单元在国内、外的发展概况及本课题组对于一体化电动液压动力单元的研究成果；最后概括了本文的主要研究内容。 第2章,介绍了一体化电动液压动力单元的结构,并简要介绍了其工作原理,运用结构静力学理论阐述了结构强度、刚度、疲劳寿命的计算和分析的机理；介绍了轻量化设计的原理,包括轻质材料的介绍与选用、多种不同材料连接问题等。 第3章,针对一体化电动液压动力单元壳体的结构进行较为系统的静力分析。通过运用ANSYS仿真分析了壳体各零部件的强度、刚度；针对壳体上的连接件进行了连接强度分析；液压泵出口存在压力脉动,故对出油口压盖进行了疲劳寿命分析。结果表明液压动力单元各零部件在轻量化改进方面有较大空间。 第4章,通过采用轻质材料、减小结构尺寸的方法对液压电机泵进行了基于壳体的轻量化设计。计算分析了对轻量化壳体的强度与刚度,分析了异种材料的连接强度,并分别对四种型号铝合金材料的出油口压盖进行疲劳寿命计算。最后通过对比轻量化壳体的计算结果,结合不同型号铝合金的屈服强度、密度、价格等因素进行综合分析,选取出最优的替换材料为6061型铝合金。
【关键词】：一体化电动液压动力单元 轻量化 壳体 结构静力分析 铝合金
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH137
【目录】：

• 摘要7-8
• Abstract8-10
• 第1章 绪论10-19
• 本章摘要10
• 1.1 课题研究目的及意义10-11
• 1.2 液压动力单元的研究与发展概况11-17
• 1.2.1 国外液压动力单元的研究与发展11-14
• 1.2.2 国内液压动力单元的研究与发展14-16
• 1.2.3 轻量化液压元件与系统的研究与发展16-17
• 1.3 论文主要内容17-19
• 第2章 一体化电动液压动力单元轻量化设计的基本理论19-28
• 本章摘要19
• 2.1 一体化电动液压动力单元的结构与工作原理19-20
• 2.2 一体化电动液压动力单元轻量化设计基础理论20-23
• 2.2.1 强度21
• 2.2.2 刚度21-22
• 2.2.3 疲劳寿命22-23
• 2.3 一体化电动液压动力单元轻量化设计方法23-27
• 2.3.1 轻量化设计概述23-24
• 2.3.2 轻质材料分析24-26
• 2.3.3 多材料连接26-27
• 2.4 本章小结27-28
• 第3章 一体化电动液压动力单元壳体的结构静力学分析28-43
• 本章摘要28
• 3.1 一体化电动液压动力单元壳体的强度与刚度分析28-38
• 3.1.1 有限元计算模型28-32
• 3.1.2 计算条件与约束设置32-34
• 3.1.3 强度计算结果及分析34-38
• 3.1.4 刚度计算结果及分析38
• 3.2 一体化电动液压动力单元壳体的疲劳寿命分析38-42
• 3.2.1 叶片泵压力脉动的计算39-40
• 3.2.2 材料疲劳条件设置40-41
• 3.2.3 疲劳寿命计算结果及分析41-42
• 3.3 本章小结42-43
• 第4章 一体化电动液压动力单元轻量化壳体的设计43-54
• 本章摘要43
• 4.1 轻量化壳体的设计43-44
• 4.1.1 基于铝合金材料的设计43
• 4.1.2 基于壳体零部件的尺寸设计43-44
• 4.2 轻量化壳体的强度与刚度分析44-49
• 4.2.1 轻量化壳体的计算模型44
• 4.2.2 轻量化壳体的强度计算44-48
• 4.2.3 轻量化壳体的刚度计算48-49
• 4.3 轻量化壳体的疲劳寿命分析49-52
• 4.3.1 轻量化壳体的疲劳条件设置49
• 4.3.2 轻量化壳体的疲劳寿命计算49-52
• 4.4 铝合金型号的选用52-53
• 4.5 本章小结53-54
• 总结与展望54-56
• 参考文献56-61
• 致谢61-62
• 附录A 攻读硕士学位期间发表及录用学术论文62
• 附录B 科研实践62

【参考文献】

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1 刘中星;轻量化汽车起重机安全性检测与评价技术研究[D];机械科学研究总院;2013年

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本文编号：343964