一種建立葉片式連續回轉電液伺服馬達內泄漏模型的方法技術

一種建立葉片式連續回轉電液伺服馬達內泄漏模型的方法。本發明專利技術目的在于填補葉片式連續回轉電液伺服馬達在微小間隙、不同工況下基于數值模擬和理論計算的內泄漏數學模型的空白領域，而建立一種馬達內泄漏模型。步驟A、建立馬達4種部位內泄漏公式；步驟B、分析馬達的4種工況；步驟C、建立定子、轉子、葉片、配油盤圍合而成的流體模型；步驟D、用CFD軟件對4種流體模型劃分網格，導入CFX在穩態下模擬計算，并建立定子、轉子、葉片及配油盤的固體模型；步驟E、在WORKBENCH中建立工作流程圖，對馬達進行流固耦合分析；步驟F、通過WORKBENCH后處理獲得各部件的變形云圖，代入步驟A對應公式可求得初始間隙和流固耦合變形導致的泄漏量。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于電液伺服馬達領域，特別涉及一種建立葉片式連續回轉電液伺服馬達內泄漏模型的方法。
技術介紹
隨著經濟水平的發展和國防實力的不斷增強，我國在航空、航天及相關科技領域取得了巨大進步，同時也對探索工具以及飛行器的精密度、可控性提出了更加嚴格的要求。仿真轉臺是導彈等飛行器研制過程中進行地面半實物仿真的高精尖關鍵設備，它采用電液伺服馬達直接驅動。高精度仿真轉臺對低速性能有著嚴格的要求，而連續回轉電液伺服馬達的泄漏會使其產生低速爬行現象，這嚴重影響了仿真轉臺低速性的實現。因此研究連續回轉電液伺服馬達的泄漏特性對其低速性能的影響具有重要意義。泄漏分為內泄漏和外泄漏兩種情況，對于葉片式連續回轉電液伺服馬達來講，外泄漏的情況比較復雜，目前針對電液伺服馬達內泄漏的研究大多停留在理論推導層面，馬達各關鍵部件的間隙按定值計算，并沒有考慮不同工況下馬達關鍵部件的變形對內泄漏的影響，這使得理論計算結果與實際情況相差甚遠。因此采用流固耦合仿真分析和理論計算相結合的方法，獲得馬達內泄漏的變化規律，對優化連續回轉電液伺服馬達的結構及研究改進馬達低速性的措施具有重要的指導意義。
技術實現思路
本專利技術目的在于填補葉片式連續回轉電液伺服馬達在微小間隙、不同工況下基于數值模擬和理論計算的內泄漏數學模型的空白領域，而建立一種內泄漏模型。一種建立葉片式連續回轉電液伺服馬達內泄漏模型的方法，按以下步驟實現。步驟A、建立葉片式連續回轉電液伺服馬達4種部位內泄漏公式。步驟B、分析葉片式連續回轉電液伺服馬達的各種工況，該馬達為雙作用式，中心對稱分布有2個高壓腔和2個低壓腔，沿轉子槽周向均布13個葉片，定子內曲線由2段長半徑圓弧、2段短半徑圓弧和4段過渡曲線組成，葉片緊貼定子內曲線轉動，在進、出口存在壓差時，定子、轉子、葉片及配油盤的間隙會產生內泄漏，在定子內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，即可求得馬達內部產生的總泄漏量，這包含了一般情況下馬達運轉的所有工況。步驟C、根據葉片式連續回轉電液伺服馬達的結構尺寸與給定初始間隙值，使用三維建模軟件建立馬達定子、轉子、葉片、配油盤圍合而成的流體模型，導出moxing1.x_t,moxing2.x_t,moxing3.x_t,moxing4.x_t流體模型文件。步驟D、用ANSYSICEMCFD軟件對4種流體模型進行網格劃分，得到網格，指定流體域邊界條件并輸出moxing1.cfx5,moxing2.cfx5,moxing3.cfx5,moxing4.cfx5文件，將以上文件分別導入ANSYSCFX中，輸入不同的入口壓力和出口壓力，然后在穩態下進行模擬計算最終得到moxing1.res,moxing2.res,moxing3.res,moxing4.res文件，并建立包含定子、轉子、葉片以及配油盤等馬達關鍵部件的固體模型。步驟E、在ANSYSWORKBENCH軟件中建立工作流程圖，對葉片式連續回轉電液伺服馬達進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、轉子、葉片以及配油盤在內的馬達關鍵部件的變形云圖，將云圖中的最大變形量和最小變形量取平均值，代入內泄漏理論公式計算可求得初始間隙和流固耦合變形導致的泄漏量。與現有技術相比，本專利技術具有如下有益效果。本專利技術方法利用計算機模擬實際不同工況下葉片式連續回轉電液伺服馬達4種流體模型在不同進、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，根據平行平面縫隙泄漏原理公式，推導馬達4種部位的內泄漏公式，將初始間隙和流固耦合變形間隙值代入各個公式，分別獲得馬達各部位的內泄漏量，進而求得馬達總內泄漏量。上述過程為定量獲取馬達各部位內泄漏量及總內泄漏量提供了重要理論參考依據，同時也揭示了影響馬達各部位內泄漏的結構參數及物理變量。這為連續回轉電液伺服馬達低速性的改進指明了方向，為連續回轉電液伺服馬達關鍵部件設計、整體結構優化和低速性能的改進提供重要的參考。計算機數值模擬過程符合實際工況，獲取馬達流固耦合變形間隙值，使設計人員可快速地獲取葉片式連續回轉電液伺服馬達在不同進、出口壓力下馬達各關鍵部件的間隙變形值，進而可以求得馬達4種部位的內泄漏量，為計算及控制葉片式連續回轉電液伺服馬達內泄漏提供了更有價值的理論依據，數值模擬結果具有更重要的實用價值。附圖說明圖1是本專利技術流程圖。圖2是本專利技術流程E的具體流程圖。圖3是葉片式連續回轉電液伺服馬達內部結構示意圖。圖4、圖5是馬達定子、轉子、葉片、配油盤圍合而成的流體模型示意圖。具體實施方式為了保證葉片式連續回轉電液伺服馬達的靈活運轉，各構件的相對滑動表面之間要有一定的間隙。當這些間隙處于高、低壓腔之間壓力差的作用下，必然會產生內部泄漏，內泄漏主要包括：(1)葉片頂部與定子內表面之間的泄漏；(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)轉子端面與配油盤工作面之間的泄漏。經過仔細分析和合理簡化，這4種泄漏都可以將其歸為平行平面縫隙泄漏。葉片式連續回轉電液伺服馬達參數定義如下：高壓腔的壓力，低壓腔的壓力，定子軸向寬度B，間隙高度，定子內曲面長半徑圓弧的半徑，定子內曲面短半徑圓弧的半徑，馬達旋轉角速度，動力粘度系數，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，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，轉子半徑r，葉片槽底部到轉子圓心的距離。根據平行平面縫隙泄漏量公式，可求得馬達長半徑圓弧段有2個葉片時，各部位的內泄漏量表達式如下。(1)葉片頂部與定子內表面之間的泄漏。(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)轉子端面與配油盤工作面之間的泄漏。馬達總內泄漏量。下面對葉片式連續回轉電液伺服馬達泄漏部分建立流體模型并仿真分析。步驟A、分析葉片式連續回轉電液伺服馬達的各種工況，該馬達為雙作用式，中心對稱分布有2個高壓腔和2個低壓腔，沿轉子槽周向均布13個葉片，定子內曲線由2段長半徑圓弧、2段短半徑圓弧和4段過渡曲線組成，葉片緊貼定子內曲線轉動，在進、出口存在壓差時，間隙會產生泄漏，在定子內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，而在其本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種建立葉片式連續回轉電液伺服馬達內泄漏模型的方法，其特征在于建立葉片式連續回轉電液伺服馬達內泄漏模型的方法按以下步驟實現：步驟A、建立葉片式連續回轉電液伺服馬達4種部位的內泄漏公式；步驟B、分析葉片式連續回轉電液伺服馬達的各種工況，該馬達為雙作用式，中心對稱分布有2個高壓腔和2個低壓腔，沿轉子槽周向均布13個葉片，定子內曲線由2段長半徑圓弧、2段短半徑圓弧和4段過渡曲線組成，葉片緊貼定子內曲線轉動，在進、出口存在壓差時，間隙會產生泄漏，在定子內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，即可求得馬達內部產生的總泄漏量，這包含了一般情況下馬達運轉的所有工況；步驟C、根據葉片式連續回轉電液伺服馬達的結構尺寸與給定初始間隙值，使用三維建模軟件建立馬達定子、轉子、葉片、配油盤圍合而成的流體模型，導出moxing1.x_t,??moxing2.x_t,?moxing3.x_t,?moxing4.x_t流體模型文件；步驟D、用ANSYS?ICEM?CFD軟件對4種流體模型進行網格劃分，得到網格，指定流體域邊界條件并輸出moxing1.cfx5,moxing2.cfx5,moxing3.cfx5,moxing4.cfx5文件，將以上文件分別導入ANSYS?CFX中，輸入不同的入口壓力和出口壓力，然后在穩態下進行模擬計算最終得到moxing1.res,moxing2.res,moxing3.res,moxing4.res文件，建立包含定子、轉子、葉片以及配油盤等馬達關鍵部件的固體模型；步驟E、在ANSYS?WORKBENCH軟件中建立工作流程圖，對葉片式連續回轉電液伺服馬達進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、轉子、葉片以及配油盤在內的馬達關鍵部件的變形云圖，將云圖中的最大變形量和最小變形量取平均值，代入內泄漏理論公式計算可求得初始間隙和流固耦合變形導致的泄漏量。...

【技術特征摘要】
1.一種建立葉片式連續回轉電液伺服馬達內泄漏模型的方法，其特征在于建立葉片式
連續回轉電液伺服馬達內泄漏模型的方法按以下步驟實現：
步驟A、建立葉片式連續回轉電液伺服馬達4種部位的內泄漏公式；
步驟B、分析葉片式連續回轉電液伺服馬達的各種工況，該馬達為雙作用式，中心對稱
分布有2個高壓腔和2個低壓腔，沿轉子槽周向均布13個葉片，定子內曲線由2段長半徑圓
弧、2段短半徑圓弧和4段過渡曲線組成，葉片緊貼定子內曲線轉動，在進、出口存在壓差時，
間隙會產生泄漏，在定子內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，即可求得馬達內部產生的總泄漏
量，這包含了一般情況下馬達運轉的所有工況；
步驟C、根據葉片式連續回轉電液伺服馬達的結構尺寸與給定初始間隙值，使用三維建
模軟件建立馬達定子、轉子、葉片、配油盤圍合而成的流體模型，導出moxing1.x_t,
moxing2.x_t,moxing3.x_t,moxing4.x_t流體模型文件；
步驟D、用ANSYSICEMCFD軟件對4種流體模型進行網格劃分，得到網格，指定流體域邊
界條件并輸出moxing1.cfx5,moxing2.cfx5,moxing3.cfx5,moxing4.cfx5文件，將以上文
件分別導入ANSYSCFX中，輸入不同的入口壓力和出口壓力，然后在穩態下進行模擬計算最
終得到moxing1.res,moxing2.res,moxing3.res,moxing4.res文件，建立包含定子、轉子、
葉片以及配油盤等馬達關鍵部件的固體模型；
步驟E、在ANSYSWORKBENCH軟件中建立工作流程圖，對葉片式連續回轉電液伺服馬達
進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、轉子、葉片以及配油盤在內的馬達關鍵
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，代入內泄漏理論公式計
算可求得初始間隙和流固耦合變形導致的泄漏量。
2.根...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王曉晶，李嵩，洗昌富，滿國佳，張夢儉，
申請(專利權)人：哈爾濱理工大學，
類型：發明
國別省市：黑龍江;23