多场耦合的伺服阀力矩马达衔铁组件振动特性研究

论文摘要

对于采用射流元件作为前置级的伺服阀,其工作过程中易产生一种高频自激噪声,严重影响了伺服阀的工作性能。伺服阀非线性、力矩马达衔铁组件的受迫振动、前置级流场中的剪切层振荡等是导致伺服阀产生自激噪声的可能因素。因此,研究伺服阀力矩马达衔铁组件的振动特性对揭示高频自激噪声的产生机理具有重要意义。本课题采用仿真和实验相结合的研究方法,对伺服阀力矩马达衔铁组件的振动特性进行研究。建立了衔铁组件的受力数学模型,并详细阐述了模态分析与谐响应分析的基本理论和方法。基于ANSYS软件,建立了不同安装方式下力矩马达衔铁组件的有限元模型。通过模态分析,计算了反馈杆末端约束和自由状态下的固有频率与相应振型,并分析了阀芯、液压弹簧对振动特性的影响,系统研究了衔铁组件的振动规律。在模态分析的基础上进行了衔铁组件与电磁场和流场耦合的谐响应分析,获得了衔铁组件关键点处的谐响应曲线,分析了不同作用力、不同安装方式下衔铁组件振动能量的分布。通过改变电磁力及液压阻尼比的大小,研究了载荷及阻尼对衔铁组件谐响应特性的影响规律。为验证仿真结果,采用激光位移传感器对力矩马达衔铁组件的静、动态特性进行了实验研究,并对比仿真结果进行了误差分析,验证了有限元建模的正确性。本文的研究结果对进一步揭示伺服阀高频自激噪声的产生机理及抑制措施具有重要的参考价值,为今后的研究奠定了理论基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源及研究的目的和意义
• 1.2 国内外研究现状及分析
• 1.2.1 电液伺服阀的研究
• 1.2.2 伺服阀自激噪声的研究
• 1.2.3 结构动力学分析的研究
• 1.3 本文的主要研究内容
• 第2章 力矩马达衔铁组件的数学模型
• 2.1 引言
• 2.2 喷嘴挡板式电液伺服阀的工作原理
• 2.3 衔铁组件受力数学模型
• 2.3.1 电磁力矩数学模型
• 2.3.2 喷嘴对挡板液流力数学模型
• 2.3.3 反馈杆变形力数学模型
• 2.3.4 滑阀运动数学模型及滑阀液压固有频率
• 2.4 衔铁组件有限元数学模型
• 2.4.1 模态分析数学模型
• 2.4.2 谐响应分析数学模型
• 2.5 本章小结
• 第3章 力矩马达衔铁组件的模态分析
• 3.1 引言
• 3.2 模态分析软件
• 3.3 反馈杆末端未安装至阀芯时的模态分析
• 3.3.1 有限元模型的建立
• 3.3.2 结果分析
• 3.4 反馈杆末端安装至阀芯时的模态分析
• 3.4.1 有限元模型的建立
• 3.4.2 结果分析
• 3.5 阀芯及液压弹簧对模态的影响
• 3.5.1 阀芯质量对模态的影响
• 3.5.2 Y 向位移约束对模态的影响
• 3.5.3 阀芯端部液压弹簧刚度对模态的影响
• 3.5.4 挡板处液压弹簧刚度对模态的影响
• 3.6 本章小结
• 第4章 力矩马达衔铁组件的谐响应分析
• 4.1 引言
• 4.2 电磁力作用下振动特性分析
• 4.2.1 计算参数的确定
• 4.2.2 结果分析
• 4.3 喷嘴液流力作用下振动特性分析
• 4.3.1 计算参数的确定
• 4.3.2 结果分析
• 4.4 阀芯液压力作用下振动特性分析
• 4.4.1 计算参数的确定
• 4.4.2 结果分析
• 4.5 载荷及阻尼对谐响应分析的影响
• 4.5.1 载荷对谐响应分析的影响
• 4.5.2 阻尼对谐响应分析的影响
• 4.6 本章小结
• 第5章 力矩马达衔铁组件振动特性实验研究
• 5.1 引言
• 5.2 实验原理
• 5.3 实验设备简介
• 5.3.1 伺服放大器
• 5.3.2 数据采集卡
• 5.3.3 力矩马达
• 5.3.4 激光位移传感器
• 5.4 衔铁组件静态特性实验研究
• 5.5 衔铁组件动态特性实验研究
• 5.5.1 未安装至阀芯时的谐响应实验
• 5.5.2 电磁力对谐响应的影响实验
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢