基于虚拟样机的轴向柱塞泵柱塞有限元分析.pdf

2010年6月
机床与液压
Jun.2010
第38卷第1Ⅰ期
MACHINE TOOL HYDRAULICS
Vol 38 No 11
DOI:10.3969/j.issn.1001-3881.2010.11.023
基于虚拟样机的轴向柱塞泵柱塞有限元分析
徐兵,李春光,张军辉,张斌
(浙江大学流体传动及控制国家重点实验室,浙江杭州310027)
摘要;借助虚拟样机技术可以灵活构建柱塞泵三维模型,并能将部件间的实际运动副以及流体特性引入,从而能使柱
塞泵的虚拟样机能模拟实际泵。搭建固液耦合、刚柔耦合的轴向柱塞泵虚拟样机模型,引人柱塞的有限元模型,对柱塞的
应力应变进行仿真研究。仿真结果与柱塞泵的理论相符有助于柱塞泵结构改进和性能优先。
关鍵词:轴向柱塞泵;虚拟样机;有限元模型;应力应变
中图分类号:TH137.7文献标识码:A文章编号:1001-3881(2010)11-077~-2
Finite Element Analysis on Piston of Axial Piston Pump Based on Virtual Prototype
XU Bing, L Chunguang, ZHANG Junhui, ZHANG Bin
(State Key Laboratory of Ifluid Power Transmission and Control
Zhejiang University, Hangzhou Zhejiang 310027, China
Abstract: The 3D axial piston pump model was built based on virtual prototype technology(VPT). The actual kinematic pairs of
the parts and fluid characters were induced in o the model, thus the vitual prototype of piston pump could work as a real pump. A
solid-liquid and rigid-flexible coupling virtual prototype of axial piston pump with finite element model of piston was built. The stress
and strain of piston were simulated. The simulation results accord with the theory and provide reference for structure improving and
performance optimizing of axial piston pump
Keywords: Axial piston pump Virtual prototype; Finite element model; Stress-strain
柱塞是轴向柱塞泵完成吸排油动作的重要元件之致的主轴在轴承径向方向的振动;通过花键和主轴配
其运行时的受力状况直接影响到整泵的性能优合的缸体做随主轴的转动以及沿主轴轴向方向的平
劣-2。传统的对柱塞的受力分析主要是基于牛顿运动;滑靴和柱塞随缸体绕主轴的转动,同时柱塞相对
动方程,但只能局限于对柱塞刚体模型的分析,无法缸体轴线的往复移动以及围绕自身轴线的旋转运动和
了解柱塞内部的应力应变情况3。
相对缸体柱塞孔轴线的微幅摆动;斜盘在斜盘座内的
虚拟样机技术的兴起,为研究柱塞的动态应力应小幅度摆动;变量活塞相对于变量芯轴的平动。
变提供了新的途径。虚拟样机以对象的动力学/运动
表1各部件间约束关系
学模型为核心,其他相关模型为补充,利用多领域建
约束关系
部件1
部件2
模工具和仿真技术建立对象的虚拟样机原型系统。
轴衬力
前、后轴承
主轴
基于轴向柱塞泵的虚拟样机,可以方便地引入柱塞的
轴衬力
斜盘
斜盘座
有限元模型,通过对虚拟样机的仿真分析,可以实时
移动副
缸体
主轴
了解柱塞的应力应变状况。
移动副
滑块
变量活塞
轴向柱塞泵虚拟机的搭建
碰撞
缸体
配流盘
轴向柱塞泵的虚拟样机包括动力学模型、液压模
碰撞
柱塞
缸体
型和柔性体模型,这3个模型分别构建,但在仿真时
球铰副
柱塞
滑靴
相互联系。
平面副
滑靴
斜盘
1.1运动关系分析与动力学模型构建
圆柱副
变量活塞
变量芯轴
壳体
轴向柱塞泵有以下几个主要的运动:由前后两轴
固定副
配流盘
固定副
变量芯轴
壳体
承支撑的主轴以恒定的转速转动以及由于轴承间隙导
收稿日期:2009-04-29
基金项目:“十一五科技支撑计划”资助项日(2006BAFO1BO1,2006BAFO1B04);国家“863”高技术产业化研究资助项目
(2007AA041803)
作者简介:徐兵(1971-),男,教授,主要从事机电控制、流体动力元件与系统的教学科研工作。电话:0571
87952500,e-mail:bxu@zju.edu.cno