伺服液压缸密封特性及摩擦力影响的仿真研究

发布时间：2017-05-10 12:14

  本文关键词：伺服液压缸密封特性及摩擦力影响的仿真研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：伺服液压缸作为伺服控制技术的终端执行机构，在伺服控制技术中扮演了一个至关重要的角色。为实现系统高响应、高输出的工作要求，伺服液压缸往往工作在高频重载的恶劣环境之中，因此，其性能的优劣直接决定着整个伺服系统的动静态品质和运行精度。与普通液压缸相比较，伺服液压缸需要满足高频大负载要求，需要维持最低的泄漏量以达到保护环境节约能源的目的。于是，摩擦力与泄漏成了衡量一款伺服液压缸性能指标的重要参数。摩擦力主要发生的伺服液压缸的密封处，泄漏也往往是因为密封不良，因此在伺服液压缸的设计中，密封方式的设计与选型成为一个重要的研究方向。 本课题围绕伺服液压缸活塞杆密封，展开了从结构设计到理论分析到建模仿真再到性能对比的一系列研究。主要研究内容可以分一下几点陈述： 首先，针对采用同轴组合密封不能满足设计要求这一问题，提出以双圆锥静压轴承作为主体，辅以迷宫密封作为封油边的新型活塞杆密封，尝试利用双圆锥静压轴承的径向承载能力作为活塞杆支撑，利用迷宫密封的容积突扩效应降低外泄的压力油压力，利用迷宫凹槽产生的涡流降低密封间隙层流区的流速进而降低泄漏量，并且理论论证了其可行性。 其次，确定双圆锥静压轴承和迷宫密封的具体结构，首先根据分析形成圆锥静压轴承的结构参数，包括能够影响支撑效果的的长径比和锥度等。其次确定了迷宫密封的密封间隙大小，然后通过CFD方法选取合适的迷宫凹槽尺寸和迷宫凹槽个数。在选取迷宫凹槽尺寸时，遵循能够产生有效涡流的原则，在选取迷宫凹槽个数时遵循尽可能降低泄漏又不至于造成复杂结构的原则。 再次，为了验证双圆锥静压轴承迷宫密封这种活塞杆密封的密封效果，采用CFD方法进行差别化仿真，分别分析了密封在不同速度、不同工作位和压力以及不同偏心量情况下的泄漏量和摩擦力问题。仿真结果表明，处于全流体润滑阶段的活塞杆密封形成了可靠地径向支撑力，其摩擦力只受粘滞摩擦力影响，与速度成正比，数值很小，与偏心量关系不大。而泄漏量会因为压差的大小不同而变化明显，此外在相同压力条件下对于偏心量最为敏感。 最后，通过理论计算和实测相互比较的方式，确定了同轴组合密封的摩擦力；通过分析CFD仿真结果确定了双圆锥静压轴承迷宫密封的摩擦力大小，，然后分别建立AMESim模型进行仿真分析。结果表明，采用双圆锥静压轴承迷宫密封的伺服液压缸在低速稳定性、动态响应速度等方面得到显著改善，验证了设计的可行性。
【关键词】：伺服液压缸 活塞杆密封 圆锥静压轴承 迷宫密封 摩擦力 计算流体动力学 仿真
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH137.51
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-17
• 1.1 伺服液压缸的发展11
• 1.2 伺服液压缸密封形式及国内外发展现状11-15
• 1.3 课题的研究意义与研究内容15-17
• 第2章 低摩擦伺服液压缸密封结构形式及其特性分析17-29
• 2.1 低摩擦伺服液压缸密封结构设计17-18
• 2.2 圆锥静压支撑结构和机理分析18-21
• 2.3 迷宫密封的结构和机理分析21-23
• 2.3.1 迷宫密封结构形式21-22
• 2.3.2 迷宫密封的密封原理和均压作用22-23
• 2.4 活塞杆密封泄漏量分析23-26
• 2.4.1 相对固定同心环缝泄漏量分析23
• 2.4.2 相对固定偏心环缝泄漏量分析23-25
• 2.4.3 相对运动环缝泄漏量分析25-26
• 2.5 摩擦力模型与非接触密封摩擦力分析26-28
• 2.6 本章小结28-29
• 第3章 伺服液压缸迷宫封油边尺寸设计与仿真分析29-40
• 3.1 计算流体力学概述29-30
• 3.1.1 计算流体力学的特点29-30
• 3.1.2 计算流体动力学的工作步骤30
• 3.2 流体力学基础知识30-33
• 3.2.1 流体的流动状态判断30-32
• 3.2.2 流体运动控制方程32-33
• 3.3 伺服液压缸迷宫封油边尺寸设计33-39
• 3.3.1 迷宫平衡槽尺寸设计33-36
• 3.3.2 迷宫平衡槽数目设计36-39
• 3.4 本章小结39-40
• 第4章 迷宫密封双圆锥静压轴承流场模型建立与仿真分析40-63
• 4.1 几何模型的建立和网格划分40-44
• 4.1.1 密封流场模型建立40-41
• 4.1.2 Gambit 模型网格划分41-43
• 4.1.3 网格检查43-44
• 4.1.4 边界条件设置44
• 4.2 流场压力分析44-48
• 4.3 泄漏量仿真分析48-56
• 4.3.1 速度对泄漏量的影响50-55
• 4.3.2 偏心对泄漏量的影响55-56
• 4.4 粘性摩擦力仿真分析56-59
• 4.5 承载力分析59-62
• 4.6 本章小结62-63
• 第5章 迷宫密封双圆锥静压支撑伺服液压缸特性分析63-77
• 5.1 AMESim 软件简介63
• 5.2 同轴组合密封和迷宫密封锥式静压轴承摩擦力模型分析63-68
• 5.2.1 同轴组合密封摩擦力分析63-67
• 5.2.2 迷宫密封圆锥静压支撑摩擦力分析67-68
• 5.3 两种伺服液压缸建模仿真与分析68-76
• 5.3.1 伺服液压缸系统模型68-69
• 5.3.2 伺服液压缸系统仿真结果69-76
• 5.4 本章小结76-77
• 结论77-79
• 参考文献79-83
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果83-84
• 致谢84-85
• 作者简介85

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：354742