[发明专利]一种连续回转电液伺服马达压力缓冲结构的优化方法

权利要求书

1.一种连续回转电液伺服马达压力缓冲结构的优化方法，其特征在于连续回转电液伺服马达压力缓冲结构的优化方法按以下步骤实现：

步骤1：分别建立预压缩容腔和U型槽结构下连续回转电液伺服马达密封容腔泄压过程的压力梯度数学模型；

步骤2：带入相关参数，通过Matlab软件分别得到不同缓冲结构下的压力变化曲线和压力梯度变化曲线，然后分别确定不同缓冲结构的最优尺寸；

步骤3：根据得到的结构尺寸建立不同缓冲结构下的内流场模型，并通过ICEM CFD进行网格的划分；

步骤4：基于FLUENT软件对马达的流场进行数值模拟，得到不同缓冲结构下马达降压过程中的压力场分布情况，然后确定降压效果最好的缓冲结构；

步骤1具体包括如下步骤：

步骤1-1，考虑缓冲槽流入(或流出)密封腔的体积变化及泄漏量引起的体积变化，马达密封腔内油压的压力梯度表示为

式中，ω为马达转速(°/s)；θ为转子转角(°)；dp为密封容腔油液压力微分；β_e为油液弹性模量(MPa)；dV为密封容腔油液体积微分；V为密封容腔油液初始体积(m³)；

其中，由缓冲槽流入或流出密封腔的体积变化可根据节流小孔的流量公式得到

式中：C_q为流量系数；A为回油腔节流口面积(m²)；△P为回油腔压差(Pa)；ρ为液压油密度(kg/m³)；

上式中的回油腔节流口面积A可以通过下式求得

式中：R-配油窗口的前缘半径(m)；θ-马达叶片在三角槽上所转过的角度(°)；缓冲槽的平面角为

由公式2，3得，缓冲槽流入或流出密封腔的体积变化为

泄漏引起的密封腔内体积的变化由密封腔V的泄漏量引起的体积变化可表示为

式中：B为定子轴向宽度(mm)；δ为间隙高度(mm)；R₁为定子内曲面长半径圆弧的半径(mm)；ω为马达旋转角速度(°/s)；μ为动力粘度系数(Pa·s)；l₁为间隙长度(mm)；l₂为叶片宽度(mm)；r为转子半径(mm)；B₁为定子长半径圆弧处的间隙宽度(mm)；

根据马达具体结构尺寸，密封容腔体积可以表示为

式中：R₁为定子内曲面短半径圆弧的半径(mm)；z为叶片数目；L为预压缩容腔边长(mm)；r₁为阻尼孔半径(mm)；l为阻尼孔长度(mm)；

将公式4，5，6代入公式1中，得到马达在降压过程中预压缩容腔结构下的压力梯度数学模型为：

步骤1-2，根据公式2，由U型槽流入或流出密封腔的体积变化可根据节流小孔的流量公式得到

根据U型槽结构特点，过流面积可以表示为

式中，h为U型槽的深度；R为配油窗口的前缘半径；b为U型槽宽度；α为叶片刚好转过半圆时的角度；θ-马达叶片在缓冲槽上所转过的角度(°)；

最后，由公式1，5，8，9得到最终的定子长半径密封腔内U型槽结构下的压力梯度方程为

步骤2具体包括如下步骤：

步骤2-1，将马达相关参数值代入公式(7)，根据马达实际结构尺寸，改变预压缩容腔容腔边长的值，应用Matlab软件得到不同边长下马达降压过程中的压力变化曲线和压力梯度变化曲线；

步骤2-2，将马达相关参数值代入公式(10)，根据马达实际结构尺寸，改变U型槽的参数(宽度和深度)，应用Matlab软件分别得到不同参数下马达降压过程中的压力变化曲线和压力梯度变化曲线；

步骤2-3，通过综合分析马达降压过程中的压力变化曲线和压力梯度变化曲线，分别确定出预压缩容腔以及U型槽的最优结构尺寸；

步骤3具体包括如下步骤：

步骤3-1，基于已有的三角槽结构尺寸，以及步骤2确定的预压缩容腔和U型槽结构的尺寸，分别建立三角槽结构、三角槽+预压缩容腔结构、U型槽结构和U型槽+预压缩容腔结构下的流场模型；

步骤3-2，将建立好的模型导入到ICEM CFD中，采用非结构化网格方式进行网格划分，通过ICEM CFD中特有的Create Density功能对叶片顶端与定子接触部分的间隙处以及压力变化较大的地方进行局部加密，然后将划分好的网格保存成msh文件；

步骤4具体包括如下步骤：

步骤4-1，将msh文件导入到FLUENT中；

步骤4-2，选择(RNG)湍流模型，以32号抗磨液压油进行仿真计算；

步骤4-3，设置迭代步数，点击计算，得到四种缓冲结构下马达密封容腔压力随旋转角度变化的压力云图；

步骤4-4，通过得到的压力场分布图提取出每个角度下所对应的工作腔压力值，然后绘制出四种缓冲结构下的压力变化曲线和压力梯度变化曲线；

步骤4-5，通过分析仿真结果确定降压效果最好的缓冲结构。