螺旋擺動(dòng)液壓缸相對(duì)于傳統(tǒng)的葉片式、齒輪齒條式、鏈條鏈輪式擺動(dòng)液壓缸,由于其采用了特有的雙螺旋副結(jié)構(gòu),具有擺動(dòng)角度大、承載性能高、結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)效率高等優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用在工程機(jī)械、建筑機(jī)械、農(nóng)林機(jī)械等設(shè)備上。由于國(guó)外對(duì)此技術(shù)的壟斷,國(guó)內(nèi)在這方面的研究起步較晚,設(shè)計(jì)制造重載、高壓、高可靠性、高定位精度、長(zhǎng)壽命的螺旋擺動(dòng)液壓缸技術(shù),國(guó)內(nèi)尚未完全掌握。因此,從結(jié)構(gòu)特性、虛擬樣機(jī)技術(shù)及流體潤(rùn)滑方面研究,獲得較優(yōu)的結(jié)構(gòu)參數(shù),具有重要的理論和工程應(yīng)用價(jià)值。論文主要進(jìn)行了以下研究工作： 應(yīng)用兩級(jí)梯形螺旋副結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)了擺動(dòng)液壓缸,進(jìn)行了螺旋副的承載性能分析。確定了兩級(jí)螺旋副的相關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)：螺旋升角、螺距、導(dǎo)程、牙型角、公稱直徑、工作長(zhǎng)度等。進(jìn)行了螺旋擺動(dòng)液壓缸整體結(jié)構(gòu)的三維虛擬裝配、各零件間的干涉檢驗(yàn)。 建立了兩級(jí)螺旋機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)數(shù)學(xué)模型,得到了兩級(jí)螺旋機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)微分方程。分析了兩級(jí)螺旋機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性。進(jìn)行了兩級(jí)螺旋機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)計(jì)算,揭示了螺旋牙型角對(duì)最低啟動(dòng)壓力、輸出螺桿角速度、空心螺桿徑向位移和軸承支座反力的影響規(guī)律。結(jié)果表明螺旋牙型角增大輸出扭矩提高。并對(duì)輸出螺桿進(jìn)行了有限元分析,校核了輸出螺桿的抗剪切強(qiáng)度及剛度滿足要求。 推導(dǎo)出了缸體與空心螺桿間螺旋流動(dòng)特征油膜的潤(rùn)滑狀態(tài)方程。揭示了不同徑向間隙的同心油膜和在一定偏心率條件下的不同徑向間隙偏心油膜螺旋流的壓力、速度、溫度分布規(guī)律。研究了不同徑向間隙、不同轉(zhuǎn)速、在一定偏心率條件下的不同徑向間隙、同徑向間隙不同偏心距情況下的油膜承載性能及油腔的內(nèi)泄漏,獲得了性能較佳的同心油膜和偏心油膜厚度。引用膜厚比對(duì)流體潤(rùn)滑狀態(tài)進(jìn)行了判定,獲得了完全流體潤(rùn)滑狀態(tài)的加工表面粗糙度參數(shù)。 揭示了空心螺桿與固定螺母間不同周向間隙和不同螺距油膜的壓力、速度、溫度分布規(guī)律。研究了周向間隙、液壓油粘度、螺距、旋合長(zhǎng)度對(duì)油膜的承載性能及油腔內(nèi)泄漏的影響。以承載性能及傳動(dòng)效率為目標(biāo),獲得了較好的螺旋副周向間隙值、螺距值、旋合長(zhǎng)度值和液壓油粘度值。揭示了兩級(jí)螺旋副的結(jié)構(gòu)參數(shù)和工藝參數(shù)對(duì)螺旋擺動(dòng)液壓缸傳動(dòng)效率的影響規(guī)律。建立了螺旋擺動(dòng)液壓缸傳動(dòng)的總效率模型。獲得了螺旋擺動(dòng)液壓缸機(jī)械效率最大時(shí)的螺旋升角,空心螺桿與缸體間隙零泄漏時(shí)的最小空心螺桿軸向速度。 對(duì)實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行改造后,進(jìn)行了螺旋擺動(dòng)液壓缸的最低啟動(dòng)壓力測(cè)試,進(jìn)行了不同輸入液壓力條件下的輸出扭矩性能測(cè)試,不同輸入液壓力條件下的輸出擺角速度測(cè)試,不同輸入液壓力條件下的傳動(dòng)效率實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論分析及動(dòng)力學(xué)仿真結(jié)果較吻合。
【學(xué)位單位】：中南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2012
【中圖分類】：TH137.51
【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
目錄
第一章 緒論
    1.1 研究背景及目的和意義
        1.1.1 研究背景
        1.1.2 擺動(dòng)液壓缸的結(jié)構(gòu)形式
    1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 擺動(dòng)液壓缸的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.2 關(guān)鍵技術(shù)及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)
    1.3 虛擬樣機(jī)技術(shù)及其在相關(guān)領(lǐng)域中的應(yīng)用
        1.3.1 虛擬樣機(jī)技術(shù)的基本概念、起源及發(fā)展
        1.3.2 虛擬樣機(jī)技術(shù)的國(guó)內(nèi)外應(yīng)用情況簡(jiǎn)介
    1.4 計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)及其在相關(guān)領(lǐng)域中的應(yīng)用
        1.4.1 計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)簡(jiǎn)介
        1.4.2 CFD軟件及其在螺旋擺動(dòng)液壓缸方面的應(yīng)用
    1.5 研究的主要內(nèi)容及技術(shù)路線
        1.5.1 課題來(lái)源
        1.5.2 主要研究工作
第二章 擺動(dòng)液壓缸的結(jié)構(gòu)特性研究
    2.1 結(jié)構(gòu)形式的選擇
    2.2 雙螺旋副擺動(dòng)液壓缸的工作原理分析
    2.3 螺旋擺動(dòng)液壓缸關(guān)鍵部件——雙螺旋副的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
        2.3.1 雙螺旋副力學(xué)承載性能分析
        2.3.2 雙螺旋副的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)確定
    2.4 螺旋擺動(dòng)液壓缸的密封裝置設(shè)計(jì)
    2.5 螺旋擺動(dòng)液壓缸的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
        2.5.1 螺旋擺動(dòng)液壓缸的輔配件設(shè)計(jì)
        2.5.2 螺旋擺動(dòng)液壓缸的虛擬裝配
    2.6 本章小結(jié)
第三章 螺旋擺動(dòng)液壓缸動(dòng)力學(xué)研究
    3.1 多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論基礎(chǔ)
        3.1.1 多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)概述
        3.1.2 多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)發(fā)展及研究方法
        3.1.3 ADAMS軟件介紹及應(yīng)用
    3.2 螺旋擺動(dòng)液壓缸的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析
        3.2.1 運(yùn)動(dòng)學(xué)建模
        3.2.2 數(shù)值計(jì)算
    3.3 螺旋擺動(dòng)液壓缸的動(dòng)力學(xué)研究
        3.3.1 動(dòng)力學(xué)建模
        3.3.2 數(shù)值計(jì)算
    3.4 輸出螺桿的有限元分析
        3.4.1 有限元模型的建立
        3.4.2 仿真結(jié)果分析
    3.5 本章小結(jié)
第四章 螺旋擺動(dòng)液壓缸內(nèi)圓環(huán)間隙流場(chǎng)特性研究
    4.1 螺旋擺動(dòng)液壓缸油潤(rùn)滑機(jī)理研究
        4.1.1 液壓油的粘溫粘壓本構(gòu)方程
        4.1.2 液壓油潤(rùn)滑的控制方程
    4.2 基于Fluent軟件的缸內(nèi)圓環(huán)間隙流場(chǎng)數(shù)值模擬
        4.2.1 模型建立、網(wǎng)格劃分及邊界條件設(shè)定
        4.2.2 壓力場(chǎng)模擬
        4.2.3 速度場(chǎng)模擬
        4.2.4 溫度場(chǎng)模擬
        4.2.5 油膜承載性能及內(nèi)泄漏分析
        4.2.6 轉(zhuǎn)速對(duì)油膜性能的影響研究
        4.2.7 一定偏心率條件下不同徑向間隙對(duì)油膜性能的影響研究
        4.2.8 同一徑向間隙不同偏心距對(duì)油膜性能的影響研究
        4.2.9 壓力對(duì)油膜性能的影響研究
    4.3 潤(rùn)滑狀態(tài)的判定
    4.4 本章小結(jié)
第五章 螺旋擺動(dòng)液壓缸內(nèi)螺旋副流場(chǎng)特性研究
    5.1 模型建立及邊界條件設(shè)定
    5.2 周向間隙對(duì)油膜性能的影響研究
        5.2.1 壓力場(chǎng)模擬
        5.2.2 速度場(chǎng)模擬
        5.2.3 溫度場(chǎng)模擬
        5.2.4 油膜承載性能及內(nèi)泄漏分析
    5.3 液壓油粘度對(duì)油膜性能的影響研究
    5.4 螺距對(duì)油膜性能的影響研究
        5.4.1 壓力場(chǎng)模擬
        5.4.2 速度場(chǎng)模擬
        5.4.3 溫度場(chǎng)模擬
        5.4.4 油膜承載能力及內(nèi)泄漏分析
    5.5 旋合長(zhǎng)度對(duì)油膜性能的影響研究
    5.6 本章小結(jié)
第六章 螺旋擺動(dòng)液壓缸的傳動(dòng)效率研究
    6.1 螺旋擺動(dòng)液壓缸傳動(dòng)效率的影響因素分析
        6.1.1 螺旋擺動(dòng)液壓缸傳動(dòng)的總效率模型
        6.1.2 各參數(shù)對(duì)螺旋擺動(dòng)液壓缸傳動(dòng)效率的影響
    6.2 螺旋擺動(dòng)液壓缸結(jié)構(gòu)參數(shù)與材料參數(shù)的設(shè)計(jì)總結(jié)
    6.3 本章小結(jié)
第七章 螺旋擺動(dòng)液壓缸的實(shí)驗(yàn)研究
    7.1 實(shí)驗(yàn)方法
        7.1.1 實(shí)驗(yàn)裝置及原理
        7.1.2 實(shí)驗(yàn)方案
    7.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析
        7.2.1 最低啟動(dòng)壓力測(cè)試實(shí)驗(yàn)
        7.2.2 擺動(dòng)角速度測(cè)試實(shí)驗(yàn)
        7.2.3 傳動(dòng)效率測(cè)試實(shí)驗(yàn)
    7.3 本章小結(jié)
第八章 全文總結(jié)與展望
    8.1 本文的研究成果
    8.2 今后的工作展望
參考文獻(xiàn)
致謝
攻讀學(xué)位期間主要研究成果

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本文編號(hào)：2850853