一種建立葉片式連續(xù)回轉(zhuǎn)電液伺服馬達(dá)內(nèi)泄漏模型的方法
【專利摘要】一種建立葉片式連續(xù)回轉(zhuǎn)電液伺服馬達(dá)內(nèi)泄漏模型的方法。本發(fā)明目的在于填補(bǔ)葉片式連續(xù)回轉(zhuǎn)電液伺服馬達(dá)在微小間隙、不同工況下基于數(shù)值模擬和理論計算的內(nèi)泄漏數(shù)學(xué)模型的空白領(lǐng)域，而建立一種馬達(dá)內(nèi)泄漏模型。步驟A、建立馬達(dá)4種部位內(nèi)泄漏公式；步驟B、分析馬達(dá)的4種工況；步驟C、建立定子、轉(zhuǎn)子、葉片、配油盤圍合而成的流體模型；步驟D、用CFD軟件對4種流體模型劃分網(wǎng)格，導(dǎo)入CFX在穩(wěn)態(tài)下模擬計算，并建立定子、轉(zhuǎn)子、葉片及配油盤的固體模型；步驟E、在WORKBENCH中建立工作流程圖，對馬達(dá)進(jìn)行流固耦合分析；步驟F、通過WORKBENCH后處理獲得各部件的變形云圖，代入步驟A對應(yīng)公式可求得初始間隙和流固耦合變形導(dǎo)致的泄漏量。
【專利說明】
-種建立葉片式連續(xù)回轉(zhuǎn)電液伺服馬達(dá)內(nèi)泄漏模型的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于電液伺服馬達(dá)領(lǐng)域，特別設(shè)及一種建立葉片式連續(xù)回轉(zhuǎn)電液伺服馬達(dá) 內(nèi)泄漏模型的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著經(jīng)濟(jì)水平的發(fā)展和國防實力的不斷增強(qiáng)，我國在航空、航天及相關(guān)科技領(lǐng)域 取得了巨大進(jìn)步，同時也對探索工具W及飛行器的精密度、可控性提出了更加嚴(yán)格的要求。 仿真轉(zhuǎn)臺是導(dǎo)彈等飛行器研制過程中進(jìn)行地面半實物仿真的高精尖關(guān)鍵設(shè)備，它采用電液 伺服馬達(dá)直接驅(qū)動。高精度仿真轉(zhuǎn)臺對低速性能有著嚴(yán)格的要求，而連續(xù)回轉(zhuǎn)電液伺服馬 達(dá)的泄漏會使其產(chǎn)生低速爬行現(xiàn)象，運(yùn)嚴(yán)重影響了仿真轉(zhuǎn)臺低速性的實現(xiàn)。因此研究連續(xù) 回轉(zhuǎn)電液伺服馬達(dá)的泄漏特性對其低速性能的影響具有重要意義。
[0003] 泄漏分為內(nèi)泄漏和外泄漏兩種情況，對于葉片式連續(xù)回轉(zhuǎn)電液伺服馬達(dá)來講，外 泄漏的情況比較復(fù)雜，目前針對電液伺服馬達(dá)內(nèi)泄漏的研究大多停留在理論推導(dǎo)層面，馬 達(dá)各關(guān)鍵部件的間隙按定值計算，并沒有考慮不同工況下馬達(dá)關(guān)鍵部件的變形對內(nèi)泄漏的 影響，運(yùn)使得理論計算結(jié)果與實際情況相差甚遠(yuǎn)。因此采用流固禪合仿真分析和理論計算 相結(jié)合的方法，獲得馬達(dá)內(nèi)泄漏的變化規(guī)律，對優(yōu)化連續(xù)回轉(zhuǎn)電液伺服馬達(dá)的結(jié)構(gòu)及研究 改進(jìn)馬達(dá)低速性的措施具有重要的指導(dǎo)意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明目的在于填補(bǔ)葉片式連續(xù)回轉(zhuǎn)電液伺服馬達(dá)在微小間隙、不同工況下基于 數(shù)值模擬和理論計算的內(nèi)泄漏數(shù)學(xué)模型的空白領(lǐng)域，而建立一種內(nèi)泄漏模型。
[0005] -種建立葉片式連續(xù)回轉(zhuǎn)電液伺服馬達(dá)內(nèi)泄漏模型的方法，按W下步驟實現(xiàn)。
[0006] 步驟A、建立葉片式連續(xù)回轉(zhuǎn)電液伺服馬達(dá)4種部位內(nèi)泄漏公式。
[0007] 步驟B、分析葉片式連續(xù)回轉(zhuǎn)電液伺服馬達(dá)的各種工況，該馬達(dá)為雙作用式，中屯、 對稱分布有2個高壓腔和2個低壓腔，沿轉(zhuǎn)子槽周向均布13個葉片，定子內(nèi)曲線由2段長半徑 圓弧、2段短半徑圓弧和4段過渡曲線組成，葉片緊貼定子內(nèi)曲線轉(zhuǎn)動，在進(jìn)、出口存在壓差 時，定子、轉(zhuǎn)子、葉片及配油盤的間隙會產(chǎn)生內(nèi)泄漏，在定子內(nèi)曲線長半徑圓弧段有兩個葉 片W及短半徑圓弧段有兩個葉片時，泄漏量是恒定的，而在其各存在一個葉片時泄漏量是 連續(xù)變化的，故只需研究定子長、短半徑圓弧段分別存在一個葉片和兩個葉片的4種工況， 即可求得馬達(dá)內(nèi)部產(chǎn)生的總泄漏量，運(yùn)包含了一般情況下馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)的所有工況。
[000引步驟C、根據(jù)葉片式連續(xù)回轉(zhuǎn)電液伺服馬達(dá)的結(jié)構(gòu)尺寸與給定初始間隙值，使用Ξ 維建模軟件建立馬達(dá)定子、轉(zhuǎn)子、葉片、配油盤圍合而成的流體模型，導(dǎo)出moxingl.x_t， moxing2. x_t ,moxing3. x_t ,moxing4.又_1:流體模型文件。
[0009]步驟D、用ANSYS ICEM C抑軟件對4種流體模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，得到網(wǎng)格，指定流體 域邊界條件并輸出moxin邑 1.cfx5, moxin邑2.cfx5, moxin邑3.cfx5, moxin邑4.cfx5文件，將 W上文件分別導(dǎo)入ANSYS CFX中，輸入不同的入口壓力和出口壓力，然后在穩(wěn)態(tài)下進(jìn)行模擬 計算最終得到moxingl .res, moxing2.res, moxingS.res, moxing4. res文件，并建立包含 定子、轉(zhuǎn)子、葉片W及配油盤等馬達(dá)關(guān)鍵部件的固體模型。
[0010] 步驟E、在ANSYS W0服肥NCH軟件中建立工作流程圖，對葉片式連續(xù)回轉(zhuǎn)電液伺服 馬達(dá)進(jìn)行流固禪合有限元分析。
[OOW 步驟F、通過W0服邸NCH后處理可獲得包含定子、轉(zhuǎn)子、葉片W及配油盤在內(nèi)的馬達(dá) 關(guān)鍵部件的變形云圖，將云圖中的最大變形量和最小變形量取平均值，代入內(nèi)泄漏理論公 式計算可求得初始間隙和流固禪合變形導(dǎo)致的泄漏量。
[0012] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果。
[0013] 本發(fā)明方法利用計算機(jī)模擬實際不同工況下葉片式連續(xù)回轉(zhuǎn)電液伺服馬達(dá)4種流 體模型在不同進(jìn)、出口壓力下的變形情況，獲取4種流體模型變形后的間隙值，根據(jù)平行平 面縫隙泄漏原理公式，推導(dǎo)馬達(dá)4種部位的內(nèi)泄漏公式，將初始間隙和流固禪合變形間隙值 代入各個公式，分別獲得馬達(dá)各部位的內(nèi)泄漏量，進(jìn)而求得馬達(dá)總內(nèi)泄漏量。上述過程為定 量獲取馬達(dá)各部位內(nèi)泄漏量及總內(nèi)泄漏量提供了重要理論參考依據(jù)，同時也掲示了影響馬 達(dá)各部位內(nèi)泄漏的結(jié)構(gòu)參數(shù)及物理變量。運(yùn)為連續(xù)回轉(zhuǎn)電液伺服馬達(dá)低速性的改進(jìn)指明了 方向，為連續(xù)回轉(zhuǎn)電液伺服馬達(dá)關(guān)鍵部件設(shè)計、整體結(jié)構(gòu)優(yōu)化和低速性能的改進(jìn)提供重要 的參考。計算機(jī)數(shù)值模擬過程符合實際工況，獲取馬達(dá)流固禪合變形間隙值，使設(shè)計人員可 快速地獲取葉片式連續(xù)回轉(zhuǎn)電液伺服馬達(dá)在不同進(jìn)、出口壓力下馬達(dá)各關(guān)鍵部件的間隙變 形值，進(jìn)而可W求得馬達(dá)4種部位的內(nèi)泄漏量，為計算及控制葉片式連續(xù)回轉(zhuǎn)電液伺服馬達(dá) 內(nèi)泄漏提供了更有價值的理論依據(jù)，數(shù)值模擬結(jié)果具有更重要的實用價值。
【附圖說明】
[0014] 圖1是本發(fā)明流程圖。
[0015] 圖2是本發(fā)明流程E的具體流程圖。
[0016] 圖3是葉片式連續(xù)回轉(zhuǎn)電液伺服馬達(dá)內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017] 圖4、圖5是馬達(dá)定子、轉(zhuǎn)子、葉片、配油盤圍合而成的流體模型示意圖。
【具體實施方式】
[0018] 為了保證葉片式連續(xù)回轉(zhuǎn)電液伺服馬達(dá)的靈活運(yùn)轉(zhuǎn)，各構(gòu)件的相對滑動表面之間 要有一定的間隙。當(dāng)運(yùn)些間隙處于高、低壓腔之間壓力差的作用下，必然會產(chǎn)生內(nèi)部泄漏， 內(nèi)泄漏主要包括： (1) 葉片頂部與定子內(nèi)表面之間的泄漏； (2) 葉片端面與配油盤工作面之間的泄漏； (3) 葉片與葉片槽之間配合間隙的泄漏； (4) 轉(zhuǎn)子端面與配油盤工作面之間的泄漏。
[0019] 經(jīng)過仔細(xì)分析和合理簡化，運(yùn)4種泄漏都可W將其歸為平行平面縫隙泄漏。
[0020] 葉片式連續(xù)回轉(zhuǎn)電液伺服馬達(dá)參數(shù)定義如下:高壓腔的壓力1?，低壓腔的壓力化， 定子軸向?qū)挾菳，間隙高度，定子內(nèi)曲面長半徑圓弧的半徑巧，定子內(nèi)曲面短半徑圓弧的半 徑，馬達(dá)旋轉(zhuǎn)角速度獄.，動力粘度系數(shù)與，葉片周向間隙長度:?，葉片寬度/:，定子長半徑 圓弧處的間隙長度I，定子短半徑圓弧處的間隙長度焉.，兩葉片槽圍成扇形的圓必角沒， 轉(zhuǎn)子半徑r，葉片槽底部到轉(zhuǎn)子圓屯、的距離、。
[0021] 根據(jù)平行平面縫隙泄漏量公式，可求得馬達(dá)長半徑圓弧段有2個葉片時，各部位的 內(nèi)泄漏量表達(dá)式如下。
[0022] (1)葉片頂部與定子內(nèi)表面之間的泄漏
[0027] 下面對葉片式連續(xù)回轉(zhuǎn)電液伺服馬達(dá)泄漏部分建立流體模型并仿真分析。
[0028] 步驟A、分析葉片式連續(xù)回轉(zhuǎn)電液伺服馬達(dá)的各種工況，該馬達(dá)為雙作用式，中屯、 對稱分布有2個高壓腔和2個低壓腔，沿轉(zhuǎn)子槽周向均布13個葉片，定子內(nèi)曲線由2段長半徑 圓弧、2段短半徑圓弧和4段過渡曲線組成，葉片緊貼定子內(nèi)曲線轉(zhuǎn)動，在進(jìn)、出口存在壓差 時，間隙會產(chǎn)生泄漏，在定子內(nèi)曲線長半徑圓弧段有兩個葉片W及短半徑圓弧段有兩個葉 片時，泄漏量是恒定的，而在其各存在一個葉片時泄漏量是連續(xù)變化的，故只需研究定子 長、短半徑圓弧段分別存在一個葉片和兩個葉片的4種情況，即可求得馬達(dá)內(nèi)部產(chǎn)生的總泄 漏，運(yùn)包含了一般情況下馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)的所有工況。
[0029] 步驟B、根據(jù)葉片式連續(xù)回轉(zhuǎn)電液伺服馬達(dá)的結(jié)構(gòu)尺寸與給定初始間隙值，使用Ξ 維建模軟件建立馬達(dá)定子、轉(zhuǎn)子、葉片、配油盤圍合而成的流體模型，導(dǎo)出moxingl.x_t， moxing2. x_t，moxing3. x_t，moxing4. x_t'流 j本中莫型文件 D
[0030] 步驟C、用ANSYS ICEM CFD軟件對流體模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，得到網(wǎng)格，指定流體域 邊界條件并輸出moxingl .cf巧，111〇^;!_11容2.〇拉5，111〇^;!_雌3.〇打5，111〇^;!_11容4.〇扣5文件，將1^上 文件分別導(dǎo)入ANSYS CFX中，輸入不同的入口壓力和出口壓力，然后在穩(wěn)態(tài)下進(jìn)行模擬計算 最終得到moxingl .res，moxing2 .reStinoxingS .res，moxing4.res文件，并建立包含定子、轉(zhuǎn) 子、葉片w及配油盤等馬達(dá)關(guān)鍵部件的固體模型。
[0031] 步驟D、在ANSYS W0服肥NCH軟件中建立工作流程圖，對葉片式連續(xù)回轉(zhuǎn)電液伺服 馬達(dá)進(jìn)行流固禪合有限元分析。
[0032] 步驟E、通過W0服BENCH后處理可獲得包含定子、轉(zhuǎn)子、葉片W及配油盤在內(nèi)的馬達(dá) 關(guān)鍵部件的變形云圖，將云圖中的最大變形量和最小變形量取平均值，代入內(nèi)泄漏理論公 式計算可求得初始間隙和流固禪合變形導(dǎo)致的泄漏量。
【主權(quán)項】
1. 一種建立葉片式連續(xù)回轉(zhuǎn)電液伺服馬達(dá)內(nèi)泄漏模型的方法，其特征在于建立葉片式 連續(xù)回轉(zhuǎn)電液伺服馬達(dá)內(nèi)泄漏模型的方法按以下步驟實現(xiàn)： 步驟A、建立葉片式連續(xù)回轉(zhuǎn)電液伺服馬達(dá)4種部位的內(nèi)泄漏公式； 步驟B、分析葉片式連續(xù)回轉(zhuǎn)電液伺服馬達(dá)的各種工況，該馬達(dá)為雙作用式，中心對稱 分布有2個高壓腔和2個低壓腔，沿轉(zhuǎn)子槽周向均布13個葉片，定子內(nèi)曲線由2段長半徑圓 弧、2段短半徑圓弧和4段過渡曲線組成，葉片緊貼定子內(nèi)曲線轉(zhuǎn)動，在進(jìn)、出口存在壓差時， 間隙會產(chǎn)生泄漏，在定子內(nèi)曲線長半徑圓弧段有兩個葉片以及短半徑圓弧段有兩個葉片 時，泄漏量是恒定的，而在其各存在一個葉片時泄漏量是連續(xù)變化的，故只需研究定子長、 短半徑圓弧段分別存在一個葉片和兩個葉片的4種工況，即可求得馬達(dá)內(nèi)部產(chǎn)生的總泄漏 量，這包含了 一般情況下馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)的所有工況； 步驟C、根據(jù)葉片式連續(xù)回轉(zhuǎn)電液伺服馬達(dá)的結(jié)構(gòu)尺寸與給定初始間隙值，使用三維建 模軟件建立馬達(dá)定子、轉(zhuǎn)子、葉片、配油盤圍合而成的流體模型，導(dǎo)出m〇Xingl.x_t， moxing2. x_t, moxing3. x_t, moxing4.x_t流體模型文件； 步驟D、用ANSYS ICEM CH)軟件對4種流體模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，得到網(wǎng)格，指定流體域邊 界條件并輸出moxingl · cfx5，moxing2 · cfx5，moxing3 · cfx5，moxing4 · cfx5文件，將以上文 件分別導(dǎo)入ANSYS CFX中，輸入不同的入口壓力和出口壓力，然后在穩(wěn)態(tài)下進(jìn)行模擬計算最 終得到moxingl ·res，moxing2·res，moxing3 ·res，moxing4.res文件，建立包含定子、車專子、 葉片以及配油盤等馬達(dá)關(guān)鍵部件的固體模型； 步驟E、在ANSYS WORKBENCH軟件中建立工作流程圖，對葉片式連續(xù)回轉(zhuǎn)電液伺服馬達(dá) 進(jìn)行流固耦合有限元分析； 步驟F、通過WORKBENCH后處理可獲得包含定子、轉(zhuǎn)子、葉片以及配油盤在內(nèi)的馬達(dá)關(guān)鍵 部件的變形云圖，將云圖中的最大變形量和最小變形量取平均值，代入內(nèi)泄漏理論公式計 算可求得初始間隙和流固耦合變形導(dǎo)致的泄漏量。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種建立葉片式連續(xù)回轉(zhuǎn)電液伺服馬達(dá)內(nèi)泄漏模型的方法， 其特征在于在步驟A中建立葉片式連續(xù)回轉(zhuǎn)電液伺服馬達(dá)4種部位內(nèi)泄漏公式：馬達(dá)總內(nèi)泄漏量其中葉片式連續(xù)回轉(zhuǎn)電液伺服馬達(dá)參數(shù)定義如下:高壓腔的壓力科:，低壓腔的壓力I%， 定子軸向?qū)挾菳，間隙高度，定子內(nèi)曲面長半徑圓弧的半徑忒，定子內(nèi)曲面短半徑圓弧的半 徑為.，馬達(dá)旋轉(zhuǎn)角速度0，動力粘度系數(shù)聲，葉片周向間隙長度:?，葉片寬度Is，定子長半 徑圓弧處的間隙長度/.,，定子短半徑圓弧處的間隙長度/<，兩葉片槽圍成扇形的圓心角#， 轉(zhuǎn)子半徑r，葉片槽底部到轉(zhuǎn)子圓心的距離?、。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種建立葉片式連續(xù)回轉(zhuǎn)電液伺服馬達(dá)內(nèi)泄漏模型的方法， 其特征在于將馬達(dá)密封容腔的模型劃分為四部分，即長半徑圓弧段有一個葉片和兩個葉片 以及短半徑圓弧段有一個葉片和兩個葉片的模型，可將馬達(dá)密封容腔的總泄漏求出。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種建立葉片式連續(xù)回轉(zhuǎn)電液伺服馬達(dá)內(nèi)泄漏模型的方法， 其特征在于所述步驟E在ANSYS WORKBENCH軟件中建立工作流程圖，對葉片式連續(xù)回轉(zhuǎn)電液 伺服馬達(dá)進(jìn)行流固耦合有限元分析，具體為： 步驟E1、添加 CFX模塊，將流體分析結(jié)果導(dǎo)入； 步驟E2、添加 Geometry模塊，將步驟D中包含定子、轉(zhuǎn)子、葉片以及配油盤等馬達(dá)關(guān)鍵部 件的固體模型導(dǎo)入； 步驟E3、添加 Static Structrual模塊，對馬達(dá)關(guān)鍵部件進(jìn)行網(wǎng)格劃分，同時將流體分 析的壓力場作為載荷施加到固體的耦合壁面上，并對固體施加適當(dāng)?shù)募s束，設(shè)置定子、轉(zhuǎn) 子、葉片以及配油盤的材料屬性，然后求解計算。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種建立葉片式連續(xù)回轉(zhuǎn)電液伺服馬達(dá)內(nèi)泄漏模型的方法， 其特征在于所述步驟E3中所述定子為38CrMoAl鋼，轉(zhuǎn)子為40Cr鋼，葉片為W18Cr4V鋼，配油 盤為45鋼，在材料屬性窗口填上對應(yīng)的密度、楊氏模量和泊松比。
【文檔編號】G06F17/50GK105825016SQ201610159755
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年3月21日
【發(fā)明人】王曉晶, 李嵩, 洗昌富, 滿國佳, 張夢儉
【申請人】哈爾濱理工大學(xué)