一种滚柱式叶片泵降噪技术研究

摘要

通常，汽车是一个高速运动的复杂组合式噪声源，汽车发动机及其传动系统工作时产生的震动、高速行驶中汽车轮胎在地面上的滚动、车身与空气的作用，都是产生汽车噪音的根本原因。根据汽车噪音对环境的影响，可将汽车噪音分为车外噪音和车内噪音，车内噪音是指通过汽车各机构部分噪音辐射到车外空间的那部分噪音。主要包括发动机噪音、排气噪音、轮胎噪音、制动噪音和传动系统噪音等。
　　汽车发动机及其传动系统是公认典型的噪声来源，在国内、国外对发动机的性能都有了深入的研究，许多科研成果也得到实际应用。在这种情况下，作为发动机系统的供油源头，电动燃油泵的噪声问题在汽车中变得越来越突出。本文针对某发动机系统的RX361型电动燃油泵入手，以这种燃油泵上的滚柱式叶片泵为研究对象，做到从供油源头入手控制噪声。
　　本文讨论了RX361型电动燃油泵中的关键元件——滚柱式叶片泵噪声控制问题。针对电动燃油泵，文章首先介绍了国内外对电动燃油泵的研究理论现状，以及国内外专家在降噪技术领域所取得的成果。其次，通过理论分析推导得出滚柱式叶片泵产生噪声的原因，其噪声来源归结为机械噪声和流体噪声。其一，机械噪声主要是指滚柱和定子间的撞击噪声;其二，流体噪声主要是指输出流量脉动产生的油液脉冲噪声。
　　影响滚柱式叶片泵噪声大小的原因不同，所研究的对象就不同，本文针对以下几点逐一分析:高性能的定子曲线、转子槽的形状、受泄露影响的实际输出流量脉动、以及薄弱零件（侧板）的材料优选问题。
　　取RX361型滚柱式电动燃油泵，借鉴国内外专家针对叶片泵的研究方法，针对其上的滚柱式叶片泵，从其定子型线入手，配合改善转子槽的形状，准确推导出油泵的实际输出流量脉动，通过仿真优选其上薄弱零件（侧板）的材料。因此，有以下改进方案:
　　1)优化定子曲线，从流量均匀性（控制速度突变）、力学特性（控制加速度突变）和助振作用（控制加速度变化率突变）三方面考虑，得到高次定子曲线;
　　2)优化转子槽型，计算推导出槽型夹角，改善滚柱受力状况;
　　3)推导定子、滚柱及侧板之间的间隙和泄露关系，在考虑泄露流量的基础上，得到准确的实际流量脉动关系式;
　　4)仿真分析出滚柱式叶片泵各零件在工作过程中的应力应变，优化选择薄弱零件（侧板）材料，通过控制零件材料刚度来消除振动。
　　通过上述一系列的改进设计，得到了光滑无冲击的定子曲线;计算出滚柱滑动摩擦力最小所对应的转子槽型夹角;推导出间隙流动的流动模型公式，有效分析了实际流量脉动及控制方法;仿真分析出各零件应力应变，针对应力最集中、应变最大的侧板，通过材料优选的方法增大其强度，进而增大了油泵整体强度。运用有限元仿真软件来模拟滚柱式叶片泵改型前后效果，其噪声性能得到较好改善，获得了理想的结果。

目录

声明

摘要

插图索引

附表索引

第一章 绪论

1．1 本课题研究的背景和意义

1．2 国内外电动燃油泵研究现状

1．2．1 电动燃油泵的类型

1．2．2 电动燃油泵的研究现状

1．3 本文研究的主要工作

1．4 本章小结

第二章 滚柱式叶片泵定子曲线理论

2．1 滚柱式叶片泵定子过渡曲线的概念

2．2 滚柱式叶片泵对定子曲线的要求

2．3 滚柱式叶片泵定子曲线应具备的特性

2．4 常见的过渡曲线形式

2．5 高次曲线理论

2．6 本章小结

第三章 高次过渡曲线方程及转子槽型夹角的求解

3．1 高次定子曲线方程求解

3．1．1 扫描定子线型分析

3．1．2 改进定子型线及运动特性

3．2 转子槽型夹角求解

3．2．1 转子槽改型

3．2．2 滚柱的受力分析

3．2．3 转子槽型夹角求解

3．3 结论

第四章 滚柱式叶片泵流量特性分析

4．1 理想状态下滚柱式叶片泵的瞬时流量特性分析

4．1．1 滚柱式叶片泵瞬时流量推导

4．1．2 滚柱式叶片泵理论瞬时流量的分析

4．2 滚柱式叶片泵的泄漏分析

4．2．1 滚柱和定子之间的间隙泄漏分析

4．2．2 滚柱和转子槽间的间隙泄漏分析

4．2．3 转子和侧板的端面泄漏分析

4．2．4 滚柱式叶片泵总泄漏量

4．3 实际情况下滚柱式叶片泵的瞬时流量特性分析

4．4 本章小节

第五章 滚柱式叶片泵结构应力分析

5．1 ANSYS Workbench基础

5．2 滚柱式叶片泵三维建模

5．2．1 直槽型滚柱式叶片泵建模

5．2．2 斜槽型滚柱式叶片泵建模

5．3 网格划分

5．4 改型前后滚柱式叶片泵结构应力分析

5．4．1 不锈钢材料定义

5．4．2 载荷加载

5．4．3 直槽型和斜槽型滚柱式叶片泵的仿真分析与结果

5．5 侧板材料仿真分析与优选

5．5．1 氧化铝陶瓷材料定义

5．5．2 不锈钢侧板和陶瓷侧板的仿真分析与结果

5．6 本章小结

总结

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录