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双相对置超磁致伸缩自传感驱动水压伺服控制阀研究

作　者: 郑健
导　师: 王新华
学　校: 北京工业大学
专　业: 机械工程
关键词: CMM 水压伺服阀 ANSYS 静压支承静态特性
分类号: TH137
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

水压伺服控制技术作为水压传动领域的一个重要研究方向,近年来得到迅速发展,而水压伺服控制阀在整个水压伺服控制系统中起着关键作用,其性能优劣直接影响着整个系统的性能。基于超磁致伸缩材料的优越性能提出了一种双相对置超磁致伸缩自传感驱动器新概念,并结合水压伺服控制技术,研究和探讨了其在水压伺服控制元件中的工作机理及应用特性。开展了与其相适应的水压伺服控制阀的结构设计及性能参数匹配和实验研究。开展了双相对置超磁致伸缩自传感驱动器的设计研究,在对GMM自传感驱动器、弹簧管以及滑阀进行结构分析和力学分析基础上,研究了GMM自传感驱动器位移以及力输出特性。基于GMM的磁致伸缩效应和预压力效应,设计出双相对置超磁致伸缩自传感驱动器,同时,进行了GMM自传感驱动器预压力锁紧微调装置的研究。提出了双相对置超磁致伸缩自传感驱动器的设计理论和方法。针对双相对置超磁致伸缩自传感驱动器的结构特点,运用ANSYS仿真软件对该自传感驱动器进行了静、动态特性分析,探讨了其力、位移输出特性以及模态振型；研究了水压伺服控制阀反馈杆刚度计算方法,并分析了驱动器位移与滑阀两端液压力、滑阀开口度的关系以及反馈杆刚度与滑阀开口度的关系,提出了水压伺服控制阀反馈杆设计方法。基于静压支承理论,探讨了水压功率级滑阀的静压支承结构设计方法,并通过仿真分析提出了具有静压支承结构的水压伺服控制阀滑阀的静态特性。通过运用液阻理论,并引入静压结构参数、环缝—喷嘴结构参数,建立了水压伺服控制阀流量—压力控制特性、负载压力控制特性方程；通过研究静压结构最佳结构系数、最优控制压力特性,建立了滑阀中静压结构设计的关系方程,提出了具体的静压支承结构设计方法；提出了水压伺服控制阀深海压力平衡装置的设计方法。通过分析水压伺服控制阀关键零件的材料性能以及加工制造与装配工艺,并通过成组、磨配、压装等工艺保证伺服阀加工精度的方法,提出了最佳的加工制造精度和装配精度及加工工艺方法；研制了GMM自传感驱动力反馈二级和直接力反馈两种水压伺服控制阀样机。基于水压伺服阀性能测试实验装置和测试系统实现了新型水压伺服控制阀样机的静态性能测试,提出了水压伺服控制阀性能测试技术和方法。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章绪论  10-20
  1.1 研究背景和意义  10-13
  1.2 国内外发展现状  13-17
  1.3 课题来源及主要研究内容  17-20
    1.3.1 课题来源  17-18
    1.3.2 主要研究内容  18-20
第2章双相对置超磁致伸缩自传感驱动器设计  20-40
  2.1 超磁致伸缩材料简介  20-22
  2.2 双相对置超磁致伸缩自传感驱动器基本结构与工作原理  22-24
  2.3 双相对置超磁致伸缩自传感驱动器输出位移与输出力计算  24-28
    2.3.1 滑阀位移计算  24-25
    2.3.2 滑阀驱动力计算  25-28
  2.4 双相对置超磁致伸缩自传感驱动器参数计算  28-33
  2.5 双相对置超磁致伸缩自传感驱动器预压机构设计  33-36
    2.5.1 预压力锁紧微调机构设计  33-34
    2.5.2 碟簧设计  34-36
  2.6 双相对置超磁致伸缩自传感驱动器输出力校核  36-38
  2.7 本章小结  38-40
第3章基于ANSYS的双相对置超磁致伸缩自传感驱动器仿真分析  40-62
  3.1 ANSYS软件介绍  40-41
    3.1.1 有限元法简介  40-41
    3.1.2 ANSYS软件简介  41
  3.2 双相对置超磁致伸缩自传感驱动器静态特性分析  41-45
    3.2.1 双相对置超磁致伸缩自传感驱动器结构  41-42
    3.2.2 双相对置超磁致伸缩自传感驱动器输出位移分析  42-45
  3.3 双相对置超磁致伸缩自传感驱动器动态特性分析  45-50
    3.3.1 双相对置超磁致伸缩自传感驱动器动力学模型的建立  45-47
    3.3.2 双相对置超磁致伸缩自传感驱动器模态分析  47-50
  3.4 水压伺服控制阀反馈杆刚度计算  50-52
  3.5 水压伺服控制阀反馈杆有限元分析  52-60
    3.5.1 水压伺服控制阀反馈杆受力分析  53-56
    3.5.2 水压伺服控制阀反馈杆有限元模型的建立  56-59
    3.5.3 水压伺服控制阀反馈杆刚度与滑阀位移关系  59-60
  3.6 本章小结  60-62
第4章水压伺服控制阀设计  62-84
  4.1 水压伺服控制阀滑阀设计  62-65
    4.1.1 水压伺服控制阀滑阀结构形式  62-63
    4.1.2 水压伺服控制阀滑阀主要参数确定  63-65
  4.2 水压伺服控制阀滑阀静压支承-喷嘴挡板级设计  65-71
    4.2.1 节流方式的选择  65-66
    4.2.2 滑阀静压支承承载能力及支承刚度  66-69
    4.2.3 基本参数计算  69-71
  4.3 静压支承结构对水压伺服控制阀静态特性影响  71-77
    4.3.1 压力-流量特性  71-73
    4.3.2 压力特性  73-76
    4.3.3 零位泄露量  76-77
  4.4 水压伺服控制阀材料选择  77-79
  4.5 基于UG的水压伺服控制阀三维建模  79-82
    4.5.1 UG NX4简介  79-80
    4.5.2 力反馈二级水压伺服控制阀三维建模  80-81
    4.5.3 直接力反馈水压伺服控制阀三维建模  81-82
  4.6 深海压力平衡装置研究  82-83
  4.7 本章小结  83-84
第5章双相对置超磁致伸缩自传感驱动水压伺服阀研制  84-92
  5.1 水压伺服控制阀制造工艺研究  84-86
  5.2 水压伺服控制阀静压结构的应用  86
  5.3 水压伺服控制阀主要部件的材质  86-87
  5.4 双相对置超磁致伸缩自传感驱动力反馈二级水压伺服阀研制  87-89
    5.4.1 GMM自传感驱动器组件  87-88
    5.4.2 力反馈二级水压伺服控制阀阀体组件  88-89
    5.4.3 力反馈二级水压伺服控制阀装配  89
  5.5 双相对置超磁致伸缩自传感驱动直接力反馈水压伺服阀研制  89-91
    5.5.1 GMM自传感驱动器组件  90
    5.5.2 直接力反馈水压伺服控制阀阀体组件  90-91
    5.5.3 直接力反馈水压伺服控制阀装配  91
  5.6 本章小结  91-92
第6章水压伺服控制阀性能测试实验研究  92-108
  6.1 实验原理  92
  6.2 水压伺服控制阀性能测试实验台简介  92-96
    6.2.1 水压伺服控制阀性能测试实验台主要技术指标  93
    6.2.2 水压伺服控制阀性能测试系统组成及原理  93-94
    6.2.3 水压伺服控制阀性能测试实验台结构  94-96
    6.2.4 水压伺服控制阀性能测试实验台测控系统  96
  6.3 水压伺服控制阀性能测试实验  96-107
    6.3.1 水压伺服控制阀空载流量特性测试  97-98
    6.3.2 水压伺服控制阀泄漏量测试  98-99
    6.3.3 水压伺服控制阀压差特性测试  99-101
    6.3.4 水压伺服控制阀负载流量特性测试  101-105
    6.3.5 水压伺服控制阀喷嘴压力特性测试  105-107
  6.4 本章小结  107-108
结论  108-110
参考文献  110-116
攻读硕士学位期间所发表的学术论文  116-117
致谢  117

双相对置超磁致伸缩自传感驱动水压伺服控制阀研究

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