【摘 要】
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为适应工程领域机械设备的不断发展,以及生产工况对机械产品提出的更高要求,提高液压系统和元件的可靠性显得尤为重要。斜轴式高压柱塞马达是液压系统中重要的动力执行装置,其将压力能转化为机械能输出动力。其中,马达分为斜轴式和斜盘式两种结构,其中斜轴结构相比于传统的斜盘结构有更大的输出排量,和更高的机械效率。国内外对泵和马达的研究主要集中在斜盘式结构,而对斜轴式柱塞马达的研究分析较少。密封环是柱塞马达的密封
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为适应工程领域机械设备的不断发展,以及生产工况对机械产品提出的更高要求,提高液压系统和元件的可靠性显得尤为重要。斜轴式高压柱塞马达是液压系统中重要的动力执行装置,其将压力能转化为机械能输出动力。其中,马达分为斜轴式和斜盘式两种结构,其中斜轴结构相比于传统的斜盘结构有更大的输出排量,和更高的机械效率。国内外对泵和马达的研究主要集中在斜盘式结构,而对斜轴式柱塞马达的研究分析较少。密封环是柱塞马达的密封装置,摩擦磨损是密封环失效的主要原因,而摩擦特性和油膜特性又是影响摩擦磨损的主要因素。本文利用多体动力学和流体力学对密封环的摩擦特性进行研究,分析得出不同结构参数对法向接触力和壁面剪切力的影响;并分析油膜特性在多物理场下的变化规律,得出较两相计算更为精确的结果,研究结论为密封环的设计和马达提升效率提供理论指导和科学依据。本文的主要研究内容有:首先,根据柱塞马达实体建立三维模型,并基于ADAMS软件添加各零件之间的约束关系,完成对柱塞马达多刚体系统的建模,为综合考虑弹性变形对密封环的影响,对柔性构件密封环进行离散,得到密封环柔性体并与刚性体替换,随后对柱塞马达多体系统进行仿真计算,得出密封环的法向正压力和摩擦力。其次,建立密封环-缸孔流场模型,在Icem中完成网格的划分,并进行网格无关性验证,再利用Fluent对密封环进行流场分析,分析密封环壁面缝隙流特性,得出其缝隙流压力分布和壁面剪切应力。再次,基于ANSYS对密封环缝隙油膜进行多物理场耦合分析,综合考虑结构场、温度场和流场的相互耦合作用,得出多物理场耦合下的缝隙油膜压力场和厚度场的分布,以及泄露量的情况,并分析不同压差和剪切速度对油膜特性的影响。最后,对密封环相关结构参数进行优化,分别分析研究了不同主轴转角,柱塞锥角和宽径比对摩擦特性的影响,并得出优化后的尺寸可以减少法向正压力和壁面剪切应力,随之减少密封环的摩擦力并减少摩擦磨损,得出通过对密封环结构参数的优化可以达到明显的减摩效果。
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