A2F型斜轴式柱塞泵连杆副的疲劳强度分析及其结构改进

作     者：王建国 

作者单位：南京航空航天大学 

学位级别：硕士

导师姓名：周燕飞;王勇发

授予年度：2016年

学科分类：080704[工学-流体机械及工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：斜轴式柱塞泵 连杆副 疲劳强度分析 运动仿真 结构改进 刚柔耦合 

摘      要：连杆副是斜轴式柱塞泵的关键零部件。针对连杆副在工作中因疲劳引起的折断问题展开研究,本文从连杆副的疲劳强度分析入手,验算其可靠性和安全系数;通过建立斜轴泵六杆机构的数学模型,分析了六杆机构中连杆、柱塞及缸体的运动规律;在结构上对连杆副进行改进,设计了一种性能更优的无连杆锥形柱塞结构;在此基础上通过对改进后的模型进行刚柔耦合仿真,验证改进后锥形柱塞的疲劳强度。1)分析了连杆在脉动循环应力下的疲劳强度;采用可靠性和概率统计绘制了连杆的3s-δ-δ线图和p-S-N曲线,验算了连杆的可靠度和安全系数,发现了连杆安全系数较低的问题,提出了对其结构进行改进的依据。2)分析了连杆、柱塞及缸体的运动规律,以及主轴与缸体之间的转角差,确定了最小的连杆接触倾角;分析了缸体的角速度,发现了减小连杆接触倾角可以减小缸体角速度的突变量,进而减小连杆对缸体的撞击以及缸体的振动的规律;并通过采用Adams进行运动仿真和采用Matlab运动分析的对比,验证了其运动规律。3)在原连杆副基础上,设计了一种新型的无连杆锥形柱塞,将此柱塞的外圆母线与其轴线设计成o6.1的锥角,保证了柱塞与缸体接触是完全线接触,减小了磨损;同时柱塞尾部设计成球形弧面,以免发生干涉;并对改进后柱塞结构进行了可靠性验算。4)建立了柱塞泵的刚柔耦合模型,结合有限元分析软件Patran/Nastran、多体动力学软件Adams和疲劳分析软件Fatigue对柱塞泵刚柔动力学系统进行了联合仿真,完成了柱塞的模态分析、柔性柱塞的应力应变分析以及疲劳寿命分析。