基于虚拟样机的斜柱塞泵仿真研究

论文摘要

柱塞泵是一种应用广泛、控制多样、结构复杂的液压动力元件。随着液压传动和控制技术的不断发展,柱塞泵将向着高压大排量的方向发展,其产品的开发速度及其可靠性日益成为最具挑战性的因素。为研究、设计和开发高性能的柱塞泵,单纯运用传统的设计方法需要进行样机的试制和各种性能试验,周期长、成本高、变更参数和条件比较困难。本文将虚拟样机技术运用到柱塞泵的设计开发过程中,可以对泵的液压系统和运动控制部分进行精确的仿真分析,提高柱塞泵的设计水平。本文以A4VSG750型斜盘斜柱塞泵为研究对象,在UG三维设计软件建立的斜柱塞泵装配模型的基础上,联合液压系统仿真软件AMESim和多体系动力分析仿真软件ADAMS,通过两者之间的接口,建立了斜柱塞泵的机液一体化虚拟样机模型；在ANSYS中将泵的芯部运动部件柔性化,通过与ADAMS之间的数据交换,建立了泵的刚柔耦合动力学模型。对泵的机液一体化虚拟样机模型进行仿真分析,研究了泵在不同工况时的出口流量脉动特性和柱塞腔的压力变化,找出其中的规律；同时分析了泵在不同工况时的柱塞运动情况和芯部零件的受力状况,为斜盘斜柱塞泵的设计提供参考。对泵的刚柔耦合模型进行仿真分析,得到泵轴和柱塞在不同工况时的应力和应变分布云图,既可分析柱塞和泵轴的强度可靠性,也为其结构改型和系统开发提供了理论基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 虚拟样机技术概述
• 1.1.1 虚拟样机的基本概念
• 1.1.2 虚拟样机技术的核心理论
• 1.1.3 虚拟样机技术的特点
• 1.1.4 虚拟样机技术的发展及应用现状
• 1.2 斜柱塞泵概述
• 1.2.1 轴向柱塞泵概述
• 1.2.2 斜柱塞泵的特点
• 1.3 虚拟样机技术在柱塞泵研究中的应用
• 1.4 本文的研究内容
• 第2章 斜柱塞泵的运动学及动力学分析基础
• 2.1 斜柱塞泵的运动学分析
• 2.1.1 柱塞的运动方程
• 2.1.2 泵的理论流量
• 2.2 斜柱塞泵的动力学分析
• 2.2.1 柱塞滑靴副的受力
• 2.2.2 缸体及泵轴的受力
• 2.2.3 斜盘的受力
• 2.3 泵的容积和转矩损失
• 2.3.1 泵的实际瞬态流量
• 2.3.2 工作过程中泵的转矩损失
• 2.4 本章小结
• 第3章 斜柱塞泵虚拟样机模型的建立
• 3.1 泵的液压系统模型
• 3.1.1 单个柱塞的液压模型
• 3.1.2 整个泵的液压模型
• 3.1.3 液压模型的参数设置
• 3.2 泵的动力学模型
• 3.2.1 泵的三维实体造型
• 3.2.2 模型数据的导入
• 3.2.3 在ADAMS环境中实现泵的动力学建模
• 3.3 泵的机液一体化虚拟样机模型
• 3.3.1 在ADAMS中设置输出到AMESim的模型
• 3.3.2 在AMESim中输入接口模型
• 3.4 本章小结
• 第4章 斜柱塞泵虚拟样机的仿真及分析
• 4.1 工况对泵流量脉动的影响
• 4.1.1 斜盘倾角
• 4.1.2 负载压力
• 4.1.3 主轴转速
• 4.1.4 柱塞倾角
• 4.2 柱塞腔内的压力变化
• 4.3 柱塞的运动分析
• 4.4 泵芯部零件的受力状况
• 4.4.1 前后轴承的受力对比
• 4.4.2 泵轴的受力状况
• 4.5 本章小结
• 第5章 斜柱塞泵刚柔耦合模型的建立及求解
• 5.1 柱塞及泵轴的柔性化处理
• 5.1.1 数据传递方式
• 5.1.2 模态中性文件的生成
• 5.2 刚柔耦合动力学模型的建立
• 5.3 泵轴和柱塞的应力与应变分析
• 5.4 本章小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文