三型行星齿轮流量计的有限元研究
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摘要
基于普通齿轮式流量计流量脉动大、径向力不平衡、流量均匀性差、噪声大、适合于液压系统高压侧流量测量的问题,本课题组通过多年对平衡式复合齿轮流量计的理论研究发现,三型行星齿轮流量计对被测液压系统流量脉动的影响很小,它和间接测量方法相比,测量精度高,测得结果可靠,对测试环境和条件没有特殊要求,适应性强,解决了目前我国容积式流量计不能用于测量高压液压系统动态流量的问题。
本文首先对内、外啮合齿轮的瞬时流量进行了分析,并推导出三型行星齿轮流量计瞬时流量的计算公式。根据对三型行星齿轮流量计的啮合点位移规律,比较了四种情况下流量计的流量脉动,确定了该流量计的结构参数。
其次,利用三维CAD软件SolidWorks建立了三型行星齿轮流量计的实体模型。并对流量计实际工况下的受力情况进行了分析,考虑到转动惯量对流量计动态性能的影响,积极试验了新材料尼龙,并利用有限元分析验证了尼龙应用于三型行星齿轮流量计的可行性;对流量计中内齿轮的结构进行了优化,为今后流量计结构的改善提供了基础;对三型行星齿轮流量计进行了模态分析,得到了流量计在不同频率下的振型。
最后结合理论分析及有限元结果,对三型行星齿轮流量计性能进行了试验验证,得到了流量计的压力降与流量及负载的关系及压力脉动曲线;对流量计的仪表系数进行了标定,证明了流量计实际应用的可行性;对流量计的动态性能进行了试验设计。
Based on the problem of measurement on high pressure side flow in hydraulic system such as the general pulse of positive displacement flowmeters, and radial force imbalance, the flow uniformity bad and noise sophomore, spent years in studying the theory of balanced compound gear flowmeter this task found that The planet-gear flowmeter in three-type had very small impact on pulsating flow of hydraulic system. This flowmeter, Compared with the indirect measurement instruments, has high measuring accuracy, reliable measured results, Strong adaptability. The planet-gear flowmeter in three-type can solve the problem that volumetric flow sensor can’t measure dynamic flow in high-pressure hydraulic system.
This paper, firstly, analyzed transient flow of internal and external meshing gears, and deduced the formula for measuring the instantaneous flow. Based on the study of gear meshing point displacement about the planet-gear flowmeter in three type, the paper compared flowmeter flow pulsations in four types of circumstances and fixed the structural parameters of planetary gear-type flowmeter.
Secondly, the paper set up The planet-gear flowmeter in three-type entity model by using three-dimensional software CAD and SolidWorks and analyzed Flowmeter’forces in actual condition. Considering the moment of inertia affecting the flowmeter’s dynamic properties, the paper tested the new materials - nylon, and used finite element analysis to verify feasibility of the nylon used in The planet-gear flowmeter in three-type, and to optimize internal gears structure on the flowmeter. These provided a foundation for the future to improve the flowmeter.Using modal analysis of The planet-gear flowmeter in three-type,the paper got the flowmeter’s the vibration modes under different frequencies.
Finally, combining theoretical analysis and results of finite element analysis, the paper got the relationship between the flowmeter’s pressure drop and the flow,load,calibrated Flowmeter instrument’s coefficients to prove feasibility of the flowmeter in the practical application ,and gave the experimental design about flowmeter’dynamic performance.
本文首先对内、外啮合齿轮的瞬时流量进行了分析,并推导出三型行星齿轮流量计瞬时流量的计算公式。根据对三型行星齿轮流量计的啮合点位移规律,比较了四种情况下流量计的流量脉动,确定了该流量计的结构参数。
其次,利用三维CAD软件SolidWorks建立了三型行星齿轮流量计的实体模型。并对流量计实际工况下的受力情况进行了分析,考虑到转动惯量对流量计动态性能的影响,积极试验了新材料尼龙,并利用有限元分析验证了尼龙应用于三型行星齿轮流量计的可行性;对流量计中内齿轮的结构进行了优化,为今后流量计结构的改善提供了基础;对三型行星齿轮流量计进行了模态分析,得到了流量计在不同频率下的振型。
最后结合理论分析及有限元结果,对三型行星齿轮流量计性能进行了试验验证,得到了流量计的压力降与流量及负载的关系及压力脉动曲线;对流量计的仪表系数进行了标定,证明了流量计实际应用的可行性;对流量计的动态性能进行了试验设计。
Based on the problem of measurement on high pressure side flow in hydraulic system such as the general pulse of positive displacement flowmeters, and radial force imbalance, the flow uniformity bad and noise sophomore, spent years in studying the theory of balanced compound gear flowmeter this task found that The planet-gear flowmeter in three-type had very small impact on pulsating flow of hydraulic system. This flowmeter, Compared with the indirect measurement instruments, has high measuring accuracy, reliable measured results, Strong adaptability. The planet-gear flowmeter in three-type can solve the problem that volumetric flow sensor can’t measure dynamic flow in high-pressure hydraulic system.
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Finally, combining theoretical analysis and results of finite element analysis, the paper got the relationship between the flowmeter’s pressure drop and the flow,load,calibrated Flowmeter instrument’s coefficients to prove feasibility of the flowmeter in the practical application ,and gave the experimental design about flowmeter’dynamic performance.
引文
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