直线型活塞连杆液压马达主轴振动仿真研究

摘要

液压马达作为液压系统重要执行元件，其性能指标对整个液压系统的工作性能有着直接影响，在设计液压马达时需要对其各种运行性能进行优化。针对本文提出的一种直线型活塞连杆液压马达，其主轴系在运转过程中，会受到各种各样的冲击力和周期性的脉动力。当激励的频率与其固有频率相同时就会发生共振，这不仅会导致轴系疲劳破坏，还会形成继发性激励，导致其他机械振动、故障，影响马达的平稳运行。因此，本文提出的直线型活塞连杆液压马达主轴振动的研究，对于液压马达进一步的优化设计以及后期生产制造及正常工作和故障诊断分析等都有重要意义。为此本文主要开展以下工作。
　　提出直线型活塞连杆液压马达概念，对直线型活塞连杆液压马达结构及工作原理进行介绍。分析计算液压马达液压缸内液压油油压力、活塞连杆运动部件重力产生的激振力、往复惯性激振力和离心惯性激振力，计算各激振力的幅值和频率。分析计算液压马达旋转运动件的转动惯量以及主轴系扭转刚度和纵向刚度。
　　建立液压马达主轴扭转振动及纵向振动模型，并依此得到自由振动和受迫振动方程式，并用Holzer表法对扭转振动固有频率及相应振型进行计算。采用Solidworks软件对马达偏心轴、连杆和活塞进行建模，利用Ansys Workbench有限元软件对其进行模态分析，得到其前10阶固有频率和振型，在对固有频率和振型分析的基础上，提出设计工况应避开的频率区域，并指出容易发生形变失效的部位，对液压马达的设计优化提供理论指导。并将仿真结果与实际计算结果做比较，验证仿真计算结果正确。
　　对液压马达偏心轴进行约束模态分析，并施加工作载荷，模拟实际振动响应，得到其主要共振频率，以及相应的响应幅值。并分析了主轴承宽度，以及主轴承间距对液压马达主轴振动的影响。得出在低频区应选择较小的轴承宽度，以减小主轴自由端和功率输出端的低频振幅响应;在不影响液压缸等其他设备安装布置的前提下，应减小主轴承间距，以减小主轴振动响应幅值。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 论文研究背景及意义

1．2 轴系振动的形式、发展现状及危害

1．2．1 轴系扭转振动

1．2．2 轴系纵向振动

1．2．3 轴系横向振动

1．3 轴系振动控制技术

1．4 论文主要研究内容

第2章 直线型活塞连杆液压马达模型描述及激振力分析

2．1 液压马达模型描述

2．1．1 模型描述

2．1．2 工作原理

2．2 液压缸内液压油压力产生的激振力分析计算

2．3 运动部件惯性力产生的激振力分析计算

2．3．1 往复惯性力分析计算

2．3．2 离心惯性力分析计算

2．4 运动部件重力产生的激振力分析计算

2．5 本章小结

第3章 直线型活塞连杆液压马达主轴振动及计算方法

3．1 转动惯量计算

3．1．1 旋转运动件的转动惯量计算

3．1．2 往复运动件的等效转动惯量计算

3．1．3 液压马达单个液压缸组件的总转动惯量计算

3．2 刚度计算

3．2．1 扭转刚度的计算

3．2．2 纵向刚度计算

3．2．3 串联和并联轴的刚度

3．3 扭转振动

3．3．1 主轴扭转振动模型建立

3．3．2 自由振动

3．3．3 扭转振动中的滚振

3．3．4 受迫振动

3．4 纵向振动

3．4．1 主轴纵向振动简化模型

3．4．2 自由振动

3．4．3 受迫振动

3．5 Holzer法计算固有频率与相应振型

3．5．1 计算步骤

3．4．2 角位移幅值计算

3．4．3 试算频率的选取与计算精度

3．4．4 Holzer表计算一阶扭转振动固有频率和振型

3．5 本章小结

第4章 直线型活塞连杆液压马达三维模型建立及模态分析

4．1．Ansys workbench有限元软件

4．2 模态分析

4．2．1 模态分析原理

4．2．2 固有频率

4．2．3 固有振型

4．3 直线型活塞连杆液压马达偏心轴模态分析

4．3．1 直线型活塞连杆液压马达偏心轴三维模型建立

4．3．2 直线型活塞连杆液压马达偏心轮自由模态仿真分析

4．4 直线型活塞连杆液压马达连杆模态分析

4．4．1 直线型活塞连杆液压马达连杆三维模型建立

4．4．2 直线型活塞连杆液压马达螺栓预紧力计算

4．4．3 直线型活塞连杆液压马达连杆预应力模态分析

4．5 直线型活塞连杆液压马达活塞模态分析

4．5．1 直线型活塞连杆液压马达活塞三维模型建立

4．5．2 直线型活塞连杆液压马达活塞模态分析

4．6 本章小结

第5章 直线型活塞连杆液压马达振动响应特性及其影响因素

5．1 液压马达主轴振动的响应特性

5．1．1 约束模态

5．1．2 振动响应

5．2 主轴承对液压马达主轴振动的影响

5．2．1 主轴承宽度对主轴振动的影响

5．2．2 主轴承间距对主轴振动的影响

5．3 本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

作者简介