一种连续回转电液伺服马达压力缓冲结构的优化方法技术

本发明专利技术涉及一种连续回转电液伺服马达压力缓冲结构的优化方法，具体步骤如下：步骤一：分别建立不同缓冲结构下的的压力梯度数学模型；步骤二：带入相关参数，通过Matlab分别得到不同缓冲结构下的压力变化曲线和压力梯度变化曲线，然后确定不同缓冲结构的最优尺寸；步骤三：建立不同缓冲结构下的内流场模型，并通过ICEM CFD进行网格的划分；步骤四：基于FLUENT软件得到不同缓冲结构下马达降压过程中的压力场分布情况，从而确定出降压效果最好的缓冲结构。本发明专利技术通过理论分析和仿真模拟确定了降压效果最好的缓冲结构，对连续回转电液伺服马达的研制和发展具有十分重要的意义。

【技术实现步骤摘要】
一种连续回转电液伺服马达压力缓冲结构的优化方法
本专利技术涉及流体力学
，具体公开了一种连续回转电液伺服马达压力缓冲结构的优化方法。
技术介绍
连续回转电液伺服马达叶片在换向时，高压腔瞬间转变为低压腔，低压腔瞬间转变为高压腔，腔内压力突变势必会对叶片造成巨大的压力冲击。较大的压力冲击和叶片频繁的伸缩便会加剧叶片顶部和定子曲线轮廓的磨损。另一方面，压力冲击伴随着压力脉动，这严重影响连续回转电液伺服马达的低速性。为了改善马达的压力冲击现象，进一步研究不同缓冲结构对马达压力冲击的影响，本专利技术公开了一种连续回转电液伺服马达压力缓冲结构的优化方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种连续回转电液伺服马达压力缓冲结构的优化方法，以便更好地解决连续回转电液伺服马达在高低压腔换向时产生的压力冲击问题。步骤1：分别建立预压缩容腔和U型槽结构下连续回转电液伺服马达密封容腔泄压过程的压力梯度数学模型；1)建立预压缩容腔压力梯度数学模型：考虑缓冲槽流入(或流出)密封腔的体积变化及泄漏量引起的体积变化，马达密封腔内油压的压力梯度表示为式中，ω为马达转速(°/s)；θ为转子转角(°)；dp为密封容腔油液压力微分；βe为油液弹性模量(MPa)；dV为密封容腔油液体积微分；V为密封容腔油液初始体积(m3)。其中，由缓冲槽流入或流出密封腔的体积变化可根据节流小孔的流量公式得到式中：Cq为流量系数；A为回油腔节流口面积(m2)；△P为回油腔压差(Pa)；ρ为液压油密度(kg/m3)。上式中的回油腔节流口面积A可以通过下式求得式中：R-配油窗口的前缘半径(m)；θ-马达叶片在三角槽上所转过的角度(°)；缓冲槽的平面角为由公式2，3得，缓冲槽流入或流出密封腔的体积变化为泄漏引起的密封腔内体积的变化由密封腔V的泄漏量引起的体积变化可表示为式中：B为定子轴向宽度(mm)；δ为间隙高度(mm)；R1为定子内曲面长半径圆弧的半径(mm)；ω为马达旋转角速度(°/s)；μ为动力粘度系数(Pa·s)；l1为间隙长度(mm)；l2为叶片宽度(mm)；r为转子半径(mm)；B1为定子长半径圆弧处的间隙宽度(mm)。根据马达具体结构尺寸，密封容腔体积可以表示为式中：R1为定子内曲面短半径圆弧的半径(mm)；z为叶片数目；L为预压缩容腔边长(mm)；r1为阻尼孔半径(mm)；l为阻尼孔长度(mm)。将公式4，5，6代入公式1中，得到马达在降压过程中预压缩容腔结构下的压力梯度数学模型为：2)建立U型槽压力梯度数学模型：根据公式2，由U型槽流入或流出密封腔的体积变化可根据节流小孔的流量公式得到根据U型槽结构特点，过流面积可以表示为式中，h为U型槽的深度；R为配油窗口的前缘半径；b为U型槽宽度；α为叶片刚好转过半圆时的角度；θ-马达叶片在缓冲槽上所转过的角度(°)。最后，由公式1，5，8，9得到最终的定子长半径密封腔内U型槽结构下的压力梯度方程为步骤2：带入相关参数，通过Matlab软件分别得到不同缓冲结构下的压力变化曲线和压力梯度变化曲线，然后分别确定不同缓冲结构的最优尺寸；1)将马达相关参数值代入公式(7)，根据马达实际结构尺寸，改变预压缩容腔容腔边长的值，应用Matlab软件得到不同边长下马达降压过程中的压力变化曲线和压力梯度变化曲线；2)将马达相关参数值代入公式(10)，根据马达实际结构尺寸，改变U型槽的参数(宽度和深度)，应用Matlab软件分别得到不同参数下马达降压过程中的压力变化曲线和压力梯度变化曲线；3)通过综合分析马达降压过程中的压力变化曲线和压力梯度变化曲线，分别确定出预压缩容腔以及U型槽的最优结构尺寸。步骤3：根据得到的结构尺寸建立不同缓冲结构下的内流场模型，并通过ICEMCFD进行网格的划分；1)基于已有的三角槽结构尺寸，以及步骤2确定的预压缩容腔和U型槽结构的尺寸，分别建立三角槽结构、三角槽+预压缩容腔结构、U型槽结构和U型槽+预压缩容腔结构下的流场模型；2)将建立好的模型导入到ICEMCFD中，采用非结构化网格方式进行网格划分，通过ICEMCFD中特有的CreateDensity功能对叶片顶端与定子接触部分的间隙处以及压力变化较大的地方进行局部加密，然后将划分好的网格保存成msh文件。步骤4：基于FLUENT软件对马达的流场进行数值模拟，得到不同缓冲结构下马达降压过程中的压力场分布情况，然后确定降压效果最好的缓冲结构；1)将msh文件导入到FLUENT中；2)选择(RNG)湍流模型，以32号抗磨液压油进行仿真计算；3)设置边界条件及迭代步数，点击计算，得到四种缓冲结构下马达密封容腔压力随旋转角度变化的压力云图；4)通过得到的压力场分布图提取出每个角度下所对应的工作腔压力值，然后绘制出四种缓冲结构下的压力变化曲线和压力梯度变化曲线；5)通过分析仿真结果确定降压效果最好的缓冲结构。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果。本专利技术首先通过理论分析的方式建立了不同缓存结构下的压力梯度数学模型，确定不同缓冲结构的最优尺寸，然后又通过流场仿真技术对马达降压过程进行数值模拟，通过分析降压过程中的压力场分布情况最终确定降压效果最好的缓冲结构。本专利技术通过理论分析和仿真模拟相结合的方式，能够真实地模拟不同缓冲结构下马达在降压过程中的压力变化情况，对我国连续回转电液伺服马达的研制具有十分重要的意义。附图说明附图1是本专利技术流程图。附图2是不同预压缩容腔结构尺寸下的压力变化曲线。附图3是不同预压缩容腔结构尺寸下的压力梯度变化曲线。附图4是不同U型槽结构尺寸下的压力变化曲线。附图5是不同U型槽结构尺寸下的压力梯度变化曲线。附图6是三角槽结构下的流体模型。附图7是三角槽与预压缩容腔共同作用下的流体模型。附图8是U型槽结构下的流体模型。附图9是U型槽与预压缩容腔共同作用下的流体模型。附图10是U型槽结构下的内流场网格模型图。附图11是不同缓冲结构下的压力变化对比曲线。附图12是不同缓冲结构下的压力梯度变化对比曲线。。具体实施方式：实施例1本实施例中的连续回转电液伺服马达压力缓冲结构的优化方法，具体步骤如下。步骤1：建立预压缩容腔和U型槽结构下连续回转电液伺服马达密封容腔泄压过程的压力梯度数学模型，即说明书中的公式7与公式10。步骤2：带入相关参数，通过Matlab软件分别得到不同缓冲结构下的压力变化曲线和压力梯度变化曲线，然后分别确定不同缓冲结构的最优尺寸；1)将马达相关参数代入公式7，这时改变预压缩容腔边长的值即可通过Matlab得到不同预压缩容腔边长下的压力变化曲线和压力梯度变化曲线，如图2和图3所示，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种连续回转电液伺服马达压力缓冲结构的优化方法，其特征在于连续回转电液伺服马达压力缓冲结构的优化方法按以下步骤实现：/n步骤1：分别建立预压缩容腔和U型槽结构下连续回转电液伺服马达密封容腔泄压过程的压力梯度数学模型；/n步骤2：带入相关参数，通过Matlab软件分别得到不同缓冲结构下的压力变化曲线和压力梯度变化曲线，然后分别确定不同缓冲结构的最优尺寸；/n步骤3：根据得到的结构尺寸建立不同缓冲结构下的内流场模型，并通过ICEM CFD进行网格的划分；/n步骤4：基于FLUENT软件对马达的流场进行数值模拟，得到不同缓冲结构下马达降压过程中的压力场分布情况，然后确定降压效果最好的缓冲结构；/n步骤1具体包括如下步骤：/n步骤1-1，考虑缓冲槽流入(或流出)密封腔的体积变化及泄漏量引起的体积变化，马达密封腔内油压的压力梯度表示为/n

【技术特征摘要】
1.一种连续回转电液伺服马达压力缓冲结构的优化方法，其特征在于连续回转电液伺服马达压力缓冲结构的优化方法按以下步骤实现：
步骤1：分别建立预压缩容腔和U型槽结构下连续回转电液伺服马达密封容腔泄压过程的压力梯度数学模型；
步骤2：带入相关参数，通过Matlab软件分别得到不同缓冲结构下的压力变化曲线和压力梯度变化曲线，然后分别确定不同缓冲结构的最优尺寸；
步骤3：根据得到的结构尺寸建立不同缓冲结构下的内流场模型，并通过ICEMCFD进行网格的划分；
步骤4：基于FLUENT软件对马达的流场进行数值模拟，得到不同缓冲结构下马达降压过程中的压力场分布情况，然后确定降压效果最好的缓冲结构；
步骤1具体包括如下步骤：
步骤1-1，考虑缓冲槽流入(或流出)密封腔的体积变化及泄漏量引起的体积变化，马达密封腔内油压的压力梯度表示为



式中，ω为马达转速(°/s)；θ为转子转角(°)；dp为密封容腔油液压力微分；βe为油液弹性模量(MPa)；dV为密封容腔油液体积微分；V为密封容腔油液初始体积(m3)；
其中，由缓冲槽流入或流出密封腔的体积变化可根据节流小孔的流量公式得到



式中：Cq为流量系数；A为回油腔节流口面积(m2)；△P为回油腔压差(Pa)；ρ为液压油密度(kg/m3)；
上式中的回油腔节流口面积A可以通过下式求得



式中：R-配油窗口的前缘半径(m)；θ-马达叶片在三角槽上所转过的角度(°)；缓冲槽的平面角为
由公式2，3得，缓冲槽流入或流出密封腔的体积变化为



泄漏引起的密封腔内体积的变化由密封腔V的泄漏量引起的体积变化可表示为



式中：B为定子轴向宽度(mm)；δ为间隙高度(mm)；R1为定子内曲面长半径圆弧的半径(mm)；ω为马达旋转角速度(°/s)；μ为动力粘度系数(Pa·s)；l1为间隙长度(mm)；l2为叶片宽度(mm)；r为转子半径(mm)；B1为定子长半径圆弧处的间隙宽度(mm)；
根据马达具体结构尺寸，密封容腔体积可以表示为



式中：R1为定子内曲面短半径圆弧的半径(mm)；z为叶片数目；L为预压缩容腔边长(mm)；r1为阻尼孔半径(mm)；l为阻尼孔长度(mm)；...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓晶，范文静，何超群，李岩，刘亚楠，孙培元，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：黑龙;23