齿轮式动态流量计的理论研究

论文摘要

本课题组针对目前国内外的流量计不能用来测量高压液压系统的动态流量的问题,利用流量叠加原理设计了一种新型高压齿轮式动态流量计。本论文详细讲述了本课题的研究意义以及国内外流量计的研究现状及动态、流量计的结构与工作原理、流量特性分析与仿真研究、动态特性分析、流量计的流场仿真研究及流量计的优化设计。针对上述研究,得出以下结论。本课题首先介绍了该齿轮流量计的结构特点及其工作原理,并对其流量特性进行分析,并运用计算机仿真软件对其进行流量特性仿真,得出该微型齿轮流量计的脉动系数是普通外啮合齿轮流量计脉动系数的1/4,大大降低了系统的流量脉动,可以测量系统高压侧的流量。建立实体模型,在实体模型的基础上建立数学模型,推导出流量计的传递函数,分析不同粘性阻尼系数、不同泄漏系数对流量计动态特性的影响。对流量计进行泄漏分析,分析了齿轮流量计不同间隙与压力差的关系,并在此基础上提出了改进齿轮流量计径向间隙泄漏、端面泄漏的措施。最后,建立了以流量脉动最小和体积最小为双目标的微型齿轮流量计的优化数学模型,并利用优化工具箱得出了优化结果。如前所述,该微型齿轮流量计是一种新型液压流量计。它是在齿轮泵和轮系传动理论基础之上研究开发的,具有液压力平衡、流量脉动低、可以对液压系统高压侧的流量进行测量等优点。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 绪论
• 1.1 本课题研究的意义
• 1.2 国内外常见流量计的研究现状及发展动态
• 1.2.1 国内流量计的研究现状及动态
• 1.2.2 国外流量计的研究现状及动态
• 1.3 流量计的选型
• 1.4 课题的来源
• 1.5 本论文的主要研究目的和研究内容
• 1.5.1 本论文的主要研究目的
• 1.5.2 本论文的主要研究内容
• 2 齿轮式动态流量计的流量特性分析
• 2.1 流量的概念和单位
• 2.2 齿轮式动态流量计的结构原理和特点
• 2.3 齿轮式动态流量计的流量特性
• 2.3.1 齿轮式动态流量计的几何排量
• 2.3.2 瞬态流量及流量脉动系数
• 2.4 流量特性仿真研究
• 2.4.1 一对齿轮外啮合时的流量特性仿真研究
• 2.4.2 两对错位叠加齿轮外啮合时的流量特性仿真研究
• 2.5 本章小结
• 3 齿轮式动态流量计的动态特性分析
• 3.1 基本方程
• 3.1.1 系统流量连续方程
• 3.1.2 节流阀的流量方程及影响因素
• 3.1.3 微型齿轮流量计的流量连续性方程
• 3.1.4 齿轮流量计的扭矩平衡方程
• 3.2 方块图和传递函数
• 3.3 动态特性分析和系统稳定性判定
• 3.3.1 动态特性分析
• 3.3.2 系统稳定性判定
• 3.4 本章小结
• 4 齿轮式动态流量计的流场仿真研究
• 4.1 齿轮流量计的泄漏
• h'>4.1.1 径向泄漏△Q_h
• s'>4.1.2 端面泄漏△Q_s
• n'>4.1.3 齿面啮合处的泄漏△Q_n
• 4.2 齿轮流量计的内部泄漏流场仿真
• 4.2.1 FlowSimulation插件简介
• 4.2.2 端面间隙泄漏仿真
• 4.2.3 径向间隙泄漏仿真
• 4.2.4 端面间隙泄漏与径向间隙泄漏仿真结果分析
• 4.3 齿轮流量计泄漏的控制措施
• 4.3.1 端面间隙补偿原理
• 4.3.2 径向间隙补偿原理
• 4.3.3 齿面啮合处的泄漏补偿措施
• 4.4 本章小结
• 5 齿轮式动态流量计的优化设计
• 5.1 机械优化设计的含义
• 5.2 优化设计目标函数的建立
• 5.3 优化设计约束条件的建立
• 5.3.1 边界约束条件
• 5.3.2 同心条件
• 5.3.3 性能约束条件
• 5.4 MATLAB优化工具箱及多目标优化函数
• 5.4.1 MATLAB优化工具箱介绍
• 5.4.2 MATLAB优化工具箱中求解多目标优化问题
• 5.4.3 利用MATLAB优化工具箱进行优化设计
• 5.5 本章小结
• 6 结论
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介及读研期间主要科研成果
• 攻读硕士学位期间发表的论文