间隙密封式伺服液压缸密封特性研究及仿真

论文摘要

伺服液压缸作为液压伺服控制系统的执行机构,是整个控制系统最后环节,也是系统中动态响应最低的环节,其密封特性直接影响整个系统的控制精度和响应速度,因此对伺服液压缸的密封特性进行研究具有重要意义。本文以一种间隙密封式伺服液压缸为研究对象,分析其密封特性以及泄漏量和摩擦力大小。间隙密封是一种非接触密封形式。文章第一部分提出了纯间隙密封、带矩形槽和带三角槽的三种间隙密封结构形式,比较了在纯剪切流和压力流作用下流场的压力分布和速度分布特点。从理论上分析了间隙宽度、同心、偏心以及相对运动速度对泄漏量和粘性摩擦力的影响,并推导了近似计算方法。文章第二部分应用Fluent软件对三种间隙密封结构进行建模和仿真。运用Gambit软件建立几何模型和划分网格。由于模型在三个方向上几何尺寸差异很大,需要对每个方向上的节点间隔进行单独设置。带矩形槽和三角形槽模型需要采用变间隔节点划分和体网格分块划分方法。在Fluent中选用三维双精度求解器对模型进行仿真,以层流为物理模型,并根据体网格特点,设置合适的松弛因子和收敛精度。通过仿真得到模型的泄漏量和粘性摩擦力大小,与理论值进行比较分析模型的可行性,为伺服液压缸的泄漏量和摩擦力指标的确定提供依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 液压伺服控制技术介绍
• 1.2 国内外伺服液压缸技术的发展与应用
• 1.3 伺服液压缸的密封形式
• 1.4 本课题研究的意义
• 1.5 本课题研究的主要内容
• 第二章 环形间隙密封结构形式及其特性分析
• 2.1 非接触密封的结构形式和优点
• 2.2 流体静压支承原理
• 2.3 带平衡槽的环形间隙密封结构分析
• 2.3.1 平衡槽的结构形式
• 2.3.2 平衡槽的流阻作用
• 2.4 泄漏量分析
• 2.4.1 固定壁面同心环缝泄漏量近似计算
• 2.4.2 固定壁面偏心环缝泄漏量近似计算
• 2.4.3 具有相对运动环缝泄漏量的近似计算
• 2.5 摩擦力分析
• 2.5.1 启动摩擦力
• 2.5.2 动摩擦力
• 2.6 油膜刚度
• 第三章 伺服液压缸间隙密封流场模型的建立与仿真步骤
• 3.1 计算流体力学基础理论知识概述
• 3.1.1 流体力学基本控制方程
• 3.1.2 计算流体力学主要数值方法
• 3.1.3 计算流体力学数值仿真步骤
• 3.2 Fluent简介
• 3.2.1 Fluent求解问题的步骤
• 3.2.2 Fluent求解器及求解算法
• 3.2.3 计算方法的选择
• 3.3 伺服液压缸间隙密封模型的建立
• 3.3.1 几何模型的建立及网格划分
• 3.3.2 物理模型的确定
• 3.4 Fluent仿真过程
• 3.4.1 缝隙流场稳态数值仿真的基本假设
• 3.4.2 Fluent三维求解器求解步骤
• 第四章 伺服液压缸间隙密封仿真结果分析
• 4.1 油膜划分层数
• 4.2 泄漏量仿真分析
• 4.2.1 间隙宽度对泄漏量的影响
• 4.2.2 偏心量对泄漏量的影响
• 4.2.3 活塞运动速度对泄漏量的影响
• 4.3 粘性摩擦力仿真分析
• 第五章 全文总结与展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 研究与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文