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基于现代设计方法的轴向柱塞变量泵柱塞的研究

作 者: 张红伟
导 师: 陈世教
学 校: 重庆大学
专 业: 机械设计及理论
关键词: 全功率轴向柱塞变量泵 现代设计方法 运动学分析 受力分析 有限元分析
分类号: TH322
类 型: 硕士论文
年 份: 2003年
下 载: 338次
引 用: 11次
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内容摘要


随着对机械产品功能要求的日益增多,产品更新换代的周期缩短,传统的设计分析方法已经不能适应现代社会的要求。由于高性能低价格计算机的普及,出现了以计算机应用为基础的现代设计技术。由于大多数工程机械利用全功率轴向柱塞变量泵作为其动力装备,柱塞泵质量的好坏将关系到工程机械的总体质量,而柱塞又是柱塞泵的主要部件,因此有必要利用现代设计方法对柱塞泵的柱塞进行研究分析。根据发动机和全功率轴向柱塞泵的工作特性,柱塞泵在受到的外负载不同时,柱塞的转速和受力情况就不一样,为了能在不做实验的情况下就能了解柱塞的运动特性和受力特点,利用现在最为流行的大型数学软件MATLAB的仿真工具箱SIMULINK对其进行了运动和受力的仿真分析。为了能得到柱塞的整体应力分布情况,综合运用操作简便的三维绘图软件SOLIDWORKS和大型有限元分析软件ANSYS对柱塞进行了有限元分析。本论文在以下几个方面进行了研究并取得了一定的成果。首先综合研究了现代设计技术和柱塞泵设计特点,提出适合我国国情的柱塞泵的现代设计技术路线;其次分析了全功率轴向柱塞变量泵和发动机工作的特性,得到柱塞泵的几种比较典型的工况,以这几种工况为基础推导出了柱塞泵柱塞的运动学公式并对其进行了仿真研究;再次对柱塞在各种工况下的受力状况进行了分析,推导出了柱塞的力学方程,结合运动学分析的结果对柱塞受力情况进行了仿真分析,得到了柱塞受力最恶劣的状态;最后,根据受力分析得出的柱塞受力最恶劣的状况,利用大型有限元分析软件ANSYS对其进行了有限元分析,得到了柱塞的应力分布规律,和最大应力的位置,为柱塞的设计提供了理论依据。

全文目录


中文摘要  4-5
英文摘要  5-9
1 绪论  9-16
  1.1 课题的来源及意义  9-10
  1.2 液压泵的应用现状  10
  1.3 斜盘式轴向柱塞变量泵国内外发展状况  10-12
    1.3.1 国内发展情况  10-12
    1.3.2 国外发展情况  12
  1.4 斜盘式轴向柱塞变量泵的工作原理  12-13
  1.5 斜盘式轴向柱塞变量泵的发展趋势  13-15
    1.5.1 高压化  14
    1.5.2 低噪声化  14
    1.5.3 变量的信息化、智能化控制  14
    1.5.4 液压泵与原动机合一的趋势  14
    1.5.5 纯水液压泵的发展趋向  14-15
  1.6 论文研究的内容  15-16
2 现代设计技术在斜盘式柱塞泵中的应用  16-24
  2.1 我国斜盘式柱塞泵设计的现状  16-17
  2.2 现代设计技术在柱塞泵中的应用  17-23
    2.2.1 斜盘式柱塞泵现代设计的一般过程  17-19
    2.2.2 现代设计方法在柱塞泵中的应用  19-23
  2.3 本章小结  23-24
3 柱塞的运动学分析及仿真研究  24-39
  3.1 柱塞的运动学分析  24-30
    3.1.1 液压泵工作压力稳定,斜盘处于最大或最小倾角时柱塞的运动情况  26-28
    3.1.2 由于外负载的变化,斜盘倾角和缸体转速发生变化时柱塞的运动情况  28-29
    3.1.3 上述两种工况下柱塞运动情况的对比  29-30
  3.2 基于SIMULINK仿真工具箱的柱塞运动学分析的仿真及研究  30-38
    3.2.1 泵在工作压力稳定时柱塞相对缸体运动仿真模型的建立与分析  31-35
    3.2.2 由于外负载的变化,斜盘倾角和缸体转速发生变化时柱塞相对缸体运动仿真模型的建立与分析  35-38
  3.3 本章小结  38-39
4 柱塞的动力学分析及仿真研究  39-50
  4.1 斜盘式轴向柱塞泵柱塞的动力学分析  39-45
    4.1.1 外负载稳定时柱塞的动力学分析  39-42
    4.1.2 外负载发生变化时柱塞的受力分析  42-45
  4.2 柱塞受力仿真分析  45-49
    4.2.1 柱塞泵工作压力稳定时,柱塞受力仿真分析  45-46
    4.2.2 外负载发生变化时,柱塞的受力仿真分析  46-49
  4.3 本章小结  49-50
5 柱塞有限元模型的建立及基于ANSYS的求解  50-64
  5.1 有限元法的综述  50-55
    5.1.1 有限元法的特点  50-51
    5.1.2 弹性力学的基本方程和有限元方程组的建立  51-54
    5.1.3 有限单元法的解题步骤  54-55
  5.2 基于ANSYS软件的柱塞有限元模型的求解  55-63
    5.2.1 ANSYS计算分析的一般过程  56-58
    5.2.2 利用ANSYS对柱塞进行有限元分析  58-63
  5.3 本章小结  63-64
6 结论  64-65
致谢  65-66
参考文献  66-69
附录:作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录  69

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中图分类: > 工业技术 > 机械、仪表工业 > > 容积泵 > 柱塞泵
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