【摘 要】
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外啮合齿轮同步马达稳定性高、价格低廉,广泛应用于液压同步系统中。然而,外啮合齿轮同步马达的噪声是限制其应用的因素之一,其噪声主要来源于齿轮啮合时产生的压力与流量脉动。现阶段探究外啮合齿轮同步马达噪声方法之一是定量分析齿廓曲线与啮合容积之间的关系,而齿形的精确测量与建模则是准确预测齿形与压力脉动之间关系的关键前序工作。目前研究中的模型一般采用标准的渐开线或摆线进行仿真,而未体现齿廓曲线由于变位和加工
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外啮合齿轮同步马达稳定性高、价格低廉,广泛应用于液压同步系统中。然而,外啮合齿轮同步马达的噪声是限制其应用的因素之一,其噪声主要来源于齿轮啮合时产生的压力与流量脉动。现阶段探究外啮合齿轮同步马达噪声方法之一是定量分析齿廓曲线与啮合容积之间的关系,而齿形的精确测量与建模则是准确预测齿形与压力脉动之间关系的关键前序工作。目前研究中的模型一般采用标准的渐开线或摆线进行仿真,而未体现齿廓曲线由于变位和加工误差对齿轮啮合容积的动态特性的影响。因此,本文从齿廓曲线测量方法入手,提出、验证了一种非接触式的齿形测量原理并进行实际齿形轮廓重建,最终实现基于实际齿廓的外啮合齿轮同步马达压力脉动的动态分析。本文提出了一种综合运用CCD成像元件与LTS传感器的非接触式齿廓测量新方法。首先,推导了该测量方法的关键变量间的几何关系、适用条件及误差,设计、搭建了非接触齿形测量系统并进行外啮合齿轮同步马达的齿形测量。采用MATLAB/C语言处理测试信息、数字重建了实际齿廓曲线,从而得到准确的齿形信息。其次,运用CFD(计算流体力学)数值模拟方法实现对马达内部压力及出口压力脉动变化的仿真研究。依据马达实际尺寸搭建了马达二维Fluent流场模型,使用前处理软件Gambit进行网格划分,并利用动网格时变仿真技术计算了齿轮马达工作时内部瞬态压力与马达出口处的压力脉动。最后,搭建了外啮合齿轮马达压力脉动测试平台,测试了外啮合齿轮马达单元在1 MPa-6 MPa入口压力下出油腔的压力脉动,并将结果与CFD仿真结果进行了对比分析。本文将齿形测量试验结果与理论马达齿轮齿廓进行了对比,结果较好地再现了实际齿廓,得到齿形测量误差平均值为0.12 mm,并提出改进齿轮马达非接触测量精度的方法。此外,分别利用CFD数值方法模拟实际齿形与标准齿形的动态压力变化,结果表明,齿轮的齿廓形状对马达出油腔的压力脉动造成显著影响,而其压力脉动的平均振幅主要由齿轮齿顶与马达外壳边缘之间的间隙决定。最终,将CFD仿真结果与试验压力脉动幅值结果进行归一化并对比分析,其误差介于0.09%-2.28%之间,说明仿真较好地反映了实际试验情况,综上所述,该模型可较好地预测齿形齿廓对外啮合齿轮马达的压力脉动的影响。最后,本文对外啮合齿轮同步马达的齿形测量技术及齿廓形状对压力脉动影响的相关研究进行了总结与展望。
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