基于振动分析的柱塞式计量泵的优化设计

发布时间：2017-05-09 08:07

  本文关键词：基于振动分析的柱塞式计量泵的优化设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：机械驱动柱塞式计量泵被广泛的应用于电厂、石油、化工等领域。柱塞式计量泵的效率在各种液压泵中是最高的，额定工作压力也相对较高，比效率更重要的是柱塞式计量泵在高功率工况下的高度可靠性，在压力冲击，温度变化大的场合寿命不会明显下降。 本课题设计的计量泵的主要工作环境为高转速高负载。在高速运转的情况下，系统的刚度会导致从动件的位移产生变化。本文针对凸轮机构尺寸及设计参数对柱塞杆位移的影响进行了重点分析。 本课题的主要研究内容如下： 首先，，根据设计要求对计量泵进行了方案选定及总体设计，确定计量泵的主要机构为弹簧锁合的凸轮推杆机构。设计涉及的构件包括柱塞腔，推杆，锁合弹簧，凸轮和伺服电机等。并且通过PROE软件实现了计量泵的实体建模及仿真分析，通过ANSYS软件针对重要零件进行强度校核。 其次，通过计算选定了能保证凸轮推杆紧密接触的最小刚度。锁合弹簧刚度的选择十分重要：刚度过高会导致驱动功率增加，泵的整体结构尺寸增加；刚度过低将会产生从动件的腾跳，并且导致计量精度的下降。之后应用ANSYS软件对凸轮弹簧系统进行了振动分析，所得频率结果用于修正设计参数。 最后，对计量泵的精度进行优化设计，针对锁合弹簧的预紧力和推杆质量进行了优化设计，通过公式分析及软件结果，最终降低了工作时推杆的应变并且提高了系统的固有频率。然后对机架的应变和固有频率进行了优化，提高了机架的抗振及抗变形能力，进而提高了计量泵工作的稳定性。
【关键词】：柱塞式计量泵 凸轮推杆 机构仿真 振动分析 优化设计
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH322
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-17
• 1.1 课题研究背景10-11
• 1.2 计量泵简介11
• 1.3 有限元模态分析法11-13
• 1.4 国内外研究现状13-14
• 1.4.1 模态分析的现状及发展13
• 1.4.2 有限元法的现状及发展13-14
• 1.4.3 本课题国内外研究状态14
• 1.5 课题研究意义14-15
• 1.6 课题主要任务15-17
• 第2章 计量泵总体设计17-28
• 2.1 计量泵的流量公式17-18
• 2.2 计量泵的结构形式18-19
• 2.3 计量泵主要参数的计算19-22
• 2.4 原动机的功率及扭矩22-23
• 2.5 计量泵的软件建模23-25
• 2.6 缸体的校核25-27
• 2.7 本章小结27-28
• 第3章 锁合刚度的计算28-44
• 3.1 动力学分析28-30
• 3.1.1 运动平衡方程28-29
• 3.1.2 运动方程的建立29-30
• 3.2 推杆的振动分析30-33
• 3.3 密封件摩擦力计算33-35
• 3.4 液体作用力的计算35-41
• 3.4.1 理论近似计算35-38
• 3.4.2 软件结果验证38-41
• 3.5 锁合刚度计算41-43
• 3.6 本章小结43-44
• 第4章 计量泵振动分析44-57
• 4.1 模态分析理论44-48
• 4.1.1 振动主阵型45
• 4.1.2 特征值45-46
• 4.1.3 特征向量46
• 4.1.4 模态矩阵46-47
• 4.1.5 特征矢量的归一化47
• 4.1.6 运动方程的解耦47-48
• 4.2 柱塞杆推杆等效刚度的计算48-50
• 4.3 二自由度模型的固有频率50-52
• 4.4 系统的实际位移52-53
• 4.5 凸轮轮廓曲线与实际推杆运动曲线的对比53-55
• 4.6 本章小结55-57
• 第5章 计量泵的优化设计57-66
• 5.1 机械优化设计介绍57
• 5.2 Workbench 优化分析57-59
• 5.3 参数化建模介绍59
• 5.4 弹簧推杆的优化分析59-62
• 5.5 计量泵机架的优化62-64
• 5.6 设计参数总结64-65
• 5.7 本章小结65-66
• 结论66-67
• 参考文献67-70
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果70-71
• 致谢71-72
• 作者简介72

【参考文献】

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本文编号：352138