基于虚拟样机的轴向柱塞泵柱塞副仿真分析

采用虚拟样机技术对轴向柱塞泵柱塞副进行仿真分析,介绍虚拟样机子模型,通过软件接口实现子模块之间数据传递,实现柱塞副仿真模型的液固耦合和刚柔耦合;建立试验平台,通过试验测试结果验证模型的正确性,证明轴向柱塞泵虚拟样机仿真平台对轴向柱塞泵设计有很强的指导作用.仿真分析柱塞泵负载压力等级、斜盘倾角以及柱塞副间隙对柱塞副性能的影响,表明柱塞副设计是限定轴向柱塞泵压力等级和最大斜盘倾角的重要因素,适当减小间隙油膜厚度可以降低柱塞副泄露损失和摩擦损失,并有助于提高柱塞副油膜承载能力.     

内曲线径向柱塞马达滚柱-柱塞配合间隙优化

针对内曲线径向柱塞马达的泄漏和磨损问题,在考虑黏压效应、空化效应、油液压缩性及油沟压力与油膜边界压力的耦合作用下,对滚柱-柱塞摩擦副之间的动静压混合润滑油膜建立非稳态的弹流润滑仿真模型.基于该模型,对比分析了不同的配合间隙尺寸对油膜特性及泄漏的影响.结果表明:减小配合间隙可以降低空化、减小泄漏、提高油沟的静压支撑作用,增加配合间隙则可以提高油膜的动压效应.综合考虑最小油膜厚度、泄漏量和空化三个因素,滚柱-柱塞配合间隙的最优值为0.03 mm.     

无同步齿轮液压振动锤系统的马达泄漏特性及耦合同步条件

为研究2个马达内部结构差异引起的油液泄漏差异对系统耦合同步能力的影响,以双马达无同步齿轮液压振动锤为对象,考虑液压系统和土的非线性,用流体力学、振动力学、土动力学和机电液耦合动力学理论建立系统耦合振动状态下机-电-液-桩-土整体系统的运动模型,运用Matlab/Simulink对该模型进行仿真研究,分析不同马达柱塞副间隙对系统同步振动的影响。研究结果表明:以马达A柱塞副间隙δ1=2.0×10-5 m为基准,当马达B柱塞副间隙δ1为(2.0～2.6)×10-5 m时,系统经过几秒钟振荡后能够实现同步振动;当马达B柱塞副间隙不在这一范围时,系统将无法实现同步振动;建模仿真结果反映了马达内部结构差异对系统耦合同步能力的影响,可为无同步齿轮液压振动机械液压系统的设计提供参考依据。     

柱塞副温度场数学建模与性能分析

为完善轴向柱塞泵柱塞副性能分析理论体系,针对温度分布影响柱塞副性能问题进行研究,建立瞬时油膜厚度场、压力场和温度场模型以及柱塞副摩擦与泄漏模型,采用交错网格技术划分油膜网格,采用有限体积法求解能量方程和雷诺方程,以MATLAB仿真软件为依托耦合各物理场模型和柱塞微运动特性,对柱塞副动态温度场进行数值求解。研究温度对油膜压力分布、柱塞副轴向摩擦力和泄漏量的影响,并分析油膜不同入口温度对柱塞副性能参数的影响规律。研究结果表明:温度变化数值计算结果与实验结果基本一致;在柱塞副中引入动态温度后油膜压力峰值明显降低,轴向摩擦力有所下降,但柱塞副泄漏量增加较快;控制油膜入口油温能有效提高柱塞副工作性能。     

水的黏度变化对低速大扭矩水压马达柱塞副泄漏流量的影响

为了提高低速大扭矩水压马达的容积效率,定量分析了水黏度对柱塞副泄漏流量损失的影响。首先根据水压马达实际运行状态确定了柱塞副的初始设计参数和水的性能参数,计算了定黏度下不同间隙、不同偏心距时的柱塞副泄漏流量。然后基于温升与压降的关系、黏温方程、黏压方程及流量方程,建立了变黏度条件下,水压马达在低速及高速情况下,柱塞副与转子缸孔同心及偏心时,柱塞副泄漏流量损失的数学模型。最后以环形间隙大小、偏心距和压差作为柱塞副的性能指标,详细分析了水的黏度对柱塞副泄漏流量的影响。研究表明:低速同心下,增大间隙2~10μm,减小水黏度,柱塞副的最大泄漏流量由0.002L/min增大至0.250 3L/min;高速同心下,柱塞副的最大泄漏流量由0.020 4L/min增大至0.261 1L/min。低速偏心下,增大偏心距1~4μm,减小水黏度,柱塞副的最大泄漏流量由0.017 5L/min增大至0.040 1L/min;高速偏心下,柱塞副的最大泄漏流量由0.021 9L/min增大至0.044 4L/min。因此,减小柱塞转子副的间隙,减小偏心距,增大水的黏度,柱塞副的泄漏流量降低,马达的容积效率提高。     

滑动轴承支撑下齿轮耦合转子系统弯扭耦合振动特性分析

在综合考虑齿轮副齿侧间隙以及滑动轴承的油膜力等非线性因素的基础上,建立滑动轴承-双转子-齿轮耦合系统的非线性动力学模型。通过数值仿真的方法研究耦合系统参数对齿轮副啮合冲击特性的影响规律,以及系统稳定性随转速的分岔规律。研究结果表明,滑动轴承的油膜对齿轮耦合转子系统的混沌运动具有显著的镇定作用;滑动轴承间隙以及转子质量偏心设计不当将会导致系统齿轮副产生单边冲击现象。     

水介质液压泵锥形轴配流副轴承间隙的计算

以水介质轴向柱塞液压泵的锥形轴配流副为研究对象,对其在稳定工作状态下形成的滑动轴承的径向间隙计算方法进行研究.采用等效结构参数法将配流副滑动轴承化为轴向推力轴承,根据柱塞轴向液压交变作用力引起轴承内水膜的变化特征推导出水膜厚度变化的速度,再依据锥顶体薄膜挤压效应公式计算出轴承的径向间隙.结果表明,径向间隙是柱塞泵工作压力和配流副结构参数的函数.     

离心叶轮几何形变对气动性能的影响

将数值流场分析方法与有限元方法相结合,利用流固耦合技术,由黏性流场分析得到流场的压力分布,并将其作为气动栽荷施加于叶片表面进行应力应变分析.再对叶轮施加离心力载荷,分析离心叶轮叶片的变形情况,从结果中提取网格结点变形量,对叶片坐标进行修正得到工作状态下叶片的型线,并再次进行流场分析.为研究叶轮工作状态下叶顶间隙的变化对叶轮性能的影响,在固定转速下分别计算了3种叶顶间隙分布情况下的叶轮性能.研究表明:气动栽荷下的叶片形变量仅占总体载荷下形变量的1%到3%左右,工作状态下叶片最大形变位置为叶顶叶尖;变形的叶根与叶顶向轮盖靠近,造成叶顶间隙减小;在叶顶间隙为0.5 mm时,叶轮出口间隙减小量最大达到原间隙的50%;由于叶顶间隙以及叶片型线的变化,使得离心叶轮等熵效率在小流量时下降0.9%～1.8%.     

轴向柱塞泵滑靴副热平衡间隙及影响因素分析

为了改善轴向柱塞泵滑靴副润滑特性,考虑滑靴副与油膜之间的热传导关系,提出了一种基于控制体能量守恒定律的滑靴副热平衡间隙公式,讨论不同柱塞腔压力、缸体转速以及进口油液温度对热平衡间隙的影响.研究结果表明,滑靴副的热平衡间隙与材料的线膨胀系数和导热率成反比,影响材料的抗温升变形以及摩擦副的配合性能;滑靴和斜盘因表面温度升高而产生热膨胀,导致热平衡间隙显著减小,与柱塞腔压力、缸体转速以及进口油液温度成正比.因此,滑靴应该选取线膨胀系数和热导率大的材料,对于斜盘则正好相反,以减少滑靴表面磨损.     

快充条件下18650锂离子电池热-力耦合分析

为研究锂离子电池温升所产生的热应力和形变分布,建立了快充条件下18650锂离子电池的热模型,仿真得到不同环境温度下电池的温度场分布,并在此基础上建立顺序热-力耦合模型,进一步分析电池的热应力和形变分布.结果表明:随着环境温度增加,电池最高温度增大,温差减小,充电末期电池温度稍有下降且降幅随环境温度增加而减小;最大应力值出现在电池柱面外边中间部分,最小应力分布在轴向两端;最大形变分布在电池轴向两端,最小形变出现在电池中心区域;电池的应力和形变随环境温度增加分别呈减小和增大趋势.     

叶顶间隙对轴流泵外特性及空化性能影响研究

为探究叶顶间隙对轴流泵外特性及空化性能的影响,基于修正的SST k-ω湍流模型和Z-G-B空化模型,对350ZQ-70型潜水轴流泵进行数值模拟,对比分析不同叶顶间隙下轴流泵的外特性曲线、叶轮流道内的压力脉动、空泡体积分数分布等.结果表明:随着间隙的增大,泵扬程和效率降低;小流量工况下流动失稳现象明显加强,扬程曲线会出现驼峰现象;进口边近轮毂侧比近轮缘侧更易发生空化;设计流量下,轮缘间隙空化首先出现在叶片中部,而不是叶片进口;叶片背面空化会影响相邻叶片工作面压力分布;存在临界间隙值,未达该值前,间隙增大主要降低叶轮的做功能力,对空化性能影响不大,超过该值后,空化稳定性降低,诱导压力脉动;对于实验泵,临界值在1.5~2 mm;随着间隙的增大,轮缘处空化程度不断增强,进口边空化程度反而有所减轻;根据轴流泵叶轮组装结构,从保护轮毂叶轮体的角度考虑,兼顾做功能力和运行稳定性,实验泵选择间隙为1.5 mm较为合适.     

考虑黏度变化的球塞副稳态工况泄漏特性研究

建立球塞副偏心稳态运动的双边楔形缝隙流场数学模型,应用数值方法联合迭代求解雷诺方程和能量方程,利用求解出的压力场和温度场相互修正. 在此基础上得到压差-剪切流动造成的黏度变化并运用于泄漏量特性计算. 基于此得到球塞副在不同入口压力、不同工作转速、不同滑转率下的泄漏特性,并对压差和剪切导致的泄漏进行了区别分析. 结果表明入口压力直接影响泄漏量,黏度变化导致泄漏量变化速率增加;运动引起的剪切产热导致泄漏增大,但在高压条件下所占比例减小;试验结果验证了计算结论,说明变黏度泄漏计算模型的准确性.      

低粘度液化燃油在油泵偶件环隙中泄漏的研究

针对低粘度液化燃油（如液化石油气、二甲醚等）在高压燃油泵柱塞偶件环形缝隙中存在较严重燃油泄漏的问题,提出了定量分析其燃油泄漏的数学模型与计算方法;以液化燃油二甲醚为例,运用有限元分析软件,对高压燃油泵柱塞的变形及其偶件配合面环带间隙中的燃油泄漏,进行了液固耦合计算分析,提出了解决低粘度液化燃油泄漏问题的技术措施．     

螺旋摆动液压缸间隙的优化设计

为获得螺旋摆动液压缸的润滑特性,在分析其结构和工作原理的基础上,设计7种不同径向间隙的螺旋副,使用Pro/E软件建立螺旋摆动液压缸内部流动油膜数学模型:利用Gambit 2.3.16进行结构化六面体/楔形网格划分后导入Fluent 6.3.26中,采用层流模型和SIMPLE算法,对不同径向间隙螺旋副内油膜三维流场和同一间隙不同偏心距下的螺旋流动特性进行模拟,得到螺旋副内部压力场以及承载力、刚度、最高温度、流量与间隙之间的关系.研究结果表明:螺旋副在径向间隙为0.10mm时性能最佳:为获得较大的承载性能,同一半径间隙,制造条件允许且能形成流体动压润滑条件下应选择较大的偏心距:当缸体和空心螺杆的表面粗糙度分别为3.2um和1.6μm,最小膜厚大于9μm时,能够形成良好的流体动力润滑.     

叶顶泄漏流对半开式离心泵叶轮流动结构的影响

为研究不同叶顶间隙下叶顶泄漏流对半开式叶轮离心泵流动结构的影响,设计5种不同尺寸叶顶间隙方案,采用SSTk-ω湍流模型,对半开式叶轮离心泵进行全流道三维数值计算,分析半开式叶轮叶顶间隙内部流动结构并进行可视化实验验证.结果表明:随着叶顶间隙的减小,离心泵的扬程和效率明显上升,间隙值减小到0.7 mm时,进一步减小叶顶间隙,泵的效率不再有明显变化;叶顶间隙选取最佳值对泄漏涡发展有一定的抑制作用.利用Q准则对涡进行判别发现:随着间隙的减小,主泄漏涡强度减弱,二次泄漏涡逐渐消失,对主流的影响减小;当间隙减小到0.7 mm时,二次泄漏涡完全消失,主泄漏涡强度最弱;叶顶间隙泄漏流对流场的干涉程度受流量影响,小流量工况时,通过减小叶顶间隙可以提高叶片区流动抗干扰能力.     

叶尖间隙对民用大涵道比跨音速压气机性能的影响

以某民用大涵道比涡扇发动机高压压气机进口级为研究对象,数值研究了叶尖间隙对进口级高负荷跨音速转子叶片气动性能的影响。数值结果表明：随着叶尖间隙值增加,流量-压比与流量-效率特性线向左下方偏移,最大流量、最高压比、峰值效率逐渐降低;存在间隙对该跨音转子性能影响不敏感的范围值0mm~0.3mm;当间隙值大于0.3mm,最大流量的减小与间隙的增大呈现出近似的线性关系,最高压比和峰值效率急剧下降;间隙从0.3mm增加至1.0mm,转子总压损失增大了41%;叶尖泄漏流与通道激波相互作用,泄漏流穿过激波后在叶片压力面侧形成较大的高熵值损失区域,当叶尖间隙增大到1.0mm,泄漏流平行额线方向流动,使得贴近前缘的激波变得不明显;叶尖泄漏流对叶片通道主流的影响集中在叶高80%以上区域。     

进口压力对正开口配流盘轴向柱塞变量泵斜盘力矩的影响

以某型具有正开口配流盘结构的闭式斜盘轴向柱塞变量泵为例,建立了单柱塞腔可压缩配流模型和斜盘力矩计算公式,得出配流盘吸排油过流断面面积变化曲线和单柱塞腔预升压、预卸压曲线,研究了不同进口压力下斜盘力矩的变化规律.结果发现随着泵进口压力的增大,斜盘绕三个坐标轴上所受力矩平均值均有不同程度的减小,其中变量力矩脉动幅值明显减小,适当增大入口压力有利于减小泵的变量力矩和减弱斜盘的机械振动.     

陶瓷发动机无环活塞和缸套间漏气量的理论和试验研究

本文以165陶瓷绝热柴油机为具体研究对象,对其无环活塞和缸套间漏气量进行了理论和试验研究.建立了预测无环活塞和缸套间漏气量的数学模型;分析了发动机转速、缝隙宽度和流体粘度等因素对漏气量的影响;揭示了无环活塞式发动机的漏气特性.