專利名稱：一種改善多作用內(nèi)曲線徑向柱塞泵或馬達(dá)性能的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及液壓泵或馬達(dá)領(lǐng)域，特別涉及一種改善多作用內(nèi)曲線徑向柱塞泵或馬達(dá)性能的方法。
背景技術(shù)：
多作用內(nèi)曲線徑向柱塞泵或馬達(dá)具有體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、輸出扭矩大和轉(zhuǎn)速均勻等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于對(duì)平穩(wěn)性要求嚴(yán)格的低速大扭矩場(chǎng)合。準(zhǔn)確揭示多作用內(nèi)曲線徑向柱塞泵或馬達(dá)的流量脈動(dòng)及振動(dòng)機(jī)理，有助于合理選擇設(shè)計(jì)參數(shù)，從而設(shè)計(jì)運(yùn)行更安靜、流量更均勻的高性能液壓泵或馬達(dá)。前人已給出了研究多作用內(nèi)曲線徑向柱塞泵或馬達(dá)的方法。文獻(xiàn)[1]提出了一種在周期角范圍內(nèi)研究構(gòu)件的速度、扭矩、壓力角和法向力的等效方法。該方法從某種程度上降低了問(wèn)題的復(fù)雜度，廣泛應(yīng)用于多作用內(nèi)曲線徑向柱塞泵或馬達(dá)的研究和設(shè)計(jì)中。眾所周知，作用數(shù)和柱塞數(shù)是設(shè)計(jì)多作用內(nèi)曲線徑向柱塞泵或馬達(dá)時(shí)必須首先選擇的兩個(gè)基本參數(shù)。通常選擇均為偶數(shù)且基礎(chǔ)馬達(dá)數(shù)大于或等于2的那些參數(shù)組合以平衡徑向液壓力， 從而提高動(dòng)態(tài)性能[1][2]。盡管如此，多作用內(nèi)曲線徑向柱塞泵或馬達(dá)輸入流量的脈動(dòng)、柱塞孔內(nèi)液壓力的脈動(dòng)和突變?nèi)詫?dǎo)致輸出扭矩和轉(zhuǎn)速的脈動(dòng)和突變，并引起缸體和凸輪環(huán)等部件的振動(dòng)并激發(fā)噪聲[3]。因此由文獻(xiàn)[1]所提方法得到的某些結(jié)論并未真正反映構(gòu)件運(yùn)動(dòng)的物理本質(zhì)，尤其未反映系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性。文獻(xiàn)[4]分析了內(nèi)曲線徑向柱塞氣動(dòng)馬達(dá)的參數(shù)選擇問(wèn)題，并給出了作用數(shù)和柱塞數(shù)的匹配方案。但該方案僅考慮了受力特性，未計(jì)入轉(zhuǎn)矩特性及流量脈動(dòng)特性。發(fā)明人在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，在如何合理、簡(jiǎn)便地選擇多作用內(nèi)曲線徑向柱塞泵或馬達(dá)的作用數(shù)和柱塞數(shù)方面，現(xiàn)有技術(shù)至少存在以下缺點(diǎn)和不足1、現(xiàn)有技術(shù)分析流量及受力特性的方法較復(fù)雜，未充分計(jì)入系統(tǒng)對(duì)稱性對(duì)動(dòng)態(tài)特性的影響，因而未能很好地揭示物理本質(zhì)；2、現(xiàn)有技術(shù)還未給出具有一般性指導(dǎo)意義的作用數(shù)和柱塞數(shù)的選取原則，因此， 兩參數(shù)的選取目前仍需根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行輔助判斷；3、現(xiàn)有技術(shù)中的作用數(shù)和柱塞數(shù)的選取原則本質(zhì)上為互質(zhì)原則，該原則未充分考慮參數(shù)的不同匹配對(duì)多作用內(nèi)曲線徑向柱塞泵或馬達(dá)的流量脈動(dòng)及整體受力的影響。事實(shí)上，依據(jù)互質(zhì)原則進(jìn)行參數(shù)選取并不能顯著降低柱塞馬達(dá)的振動(dòng)和噪聲，以該原則進(jìn)行參數(shù)選取以實(shí)現(xiàn)減振降噪，是一種技術(shù)偏見(jiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
為了提高多作用內(nèi)曲線徑向柱塞泵或馬達(dá)的動(dòng)態(tài)特性，本發(fā)明提供了一種改善多作用內(nèi)曲線徑向柱塞泵或馬達(dá)性能的方法，所述方法包括以下步驟(1)初選多作用內(nèi)曲線徑向柱塞泵或馬達(dá)的柱塞數(shù)Z和作用數(shù)X ；
(2)定義相位調(diào)諧因子k = mod(lZ//X)，式中mod為取余數(shù)運(yùn)算，1為激勵(lì)力的諧波階數(shù)；(3)所述作用數(shù)X與所述柱塞數(shù)Z的取值將決定所述多作用內(nèi)曲線徑向柱塞泵或馬達(dá)的流量特性及振動(dòng)狀態(tài)；所述振動(dòng)狀態(tài)包括扭轉(zhuǎn)振動(dòng)、平移振動(dòng)或受力平衡；(4)若所述相位調(diào)諧因子k = 0，將激起所述扭轉(zhuǎn)振動(dòng)；若所述相位調(diào)諧因子k = 1或Z-I，將激起所述平移振動(dòng)；若所述相位調(diào)諧因子k = 2，3，4，L，Z-2，則處于所述受力平衡狀態(tài)；(5)判斷所述多作用內(nèi)曲線徑向柱塞泵或馬達(dá)是否發(fā)生共振或管路諧振，若是，則執(zhí)行步驟(1)；若否，則執(zhí)行步驟(6)；(6)將所述作用數(shù)X和所述柱塞數(shù)Z的參數(shù)方案作為最終結(jié)果。所述方法還包括所述柱塞數(shù)Z與所述作用數(shù)X互質(zhì)的參數(shù)組合。所述方法還包括所述柱塞數(shù)Z與所述作用數(shù)X不相等且公因子大于1的參數(shù)組合。所述方法還包括所述柱塞數(shù)Z與所述作用數(shù)X非互質(zhì)的參數(shù)組合。本發(fā)明提供的技術(shù)方案的有益效果是本發(fā)明提供了一種改善多作用內(nèi)曲線徑向柱塞泵或馬達(dá)性能的方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)1、在多作用內(nèi)曲線徑向柱塞泵或馬達(dá)的參數(shù)選擇過(guò)程中，通常需遵循互質(zhì)原則， 若嚴(yán)格遵循該原則，則參數(shù)選擇范圍較窄，可能漏掉某些較好的參數(shù)方案。為了簡(jiǎn)化參數(shù)選擇過(guò)程，設(shè)計(jì)手冊(cè)通常令作用數(shù)與柱塞數(shù)互質(zhì)。本發(fā)明提供的技術(shù)方案清晰而簡(jiǎn)捷地闡明了作用數(shù)、柱塞數(shù)與振動(dòng)、噪聲及流量特性之間的映射關(guān)系，理論依據(jù)充分；2、本發(fā)明提供了針對(duì)多種應(yīng)用場(chǎng)合的作用數(shù)和柱塞數(shù)的選取原則，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的減振和/或降噪的有益效果。尤其應(yīng)當(dāng)指出的是，本發(fā)明可得到多組備選參數(shù)方案，且參數(shù)選取過(guò)程具有簡(jiǎn)單、方便、可操作性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)；3、本發(fā)明提供的作用數(shù)和柱塞數(shù)的參數(shù)選取方法可以實(shí)現(xiàn)多作用內(nèi)曲線徑向柱塞泵或馬達(dá)的減振降噪。依據(jù)本發(fā)明提供的方法，若應(yīng)用場(chǎng)合對(duì)噪聲敏感，例如在魚(yú)雷、潛艇等軍用裝備的推進(jìn)系統(tǒng)中，可采用抑制橫向振動(dòng)模式的參數(shù)方案；若應(yīng)用場(chǎng)合對(duì)扭轉(zhuǎn)振動(dòng)敏感，可采用抑制扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的參數(shù)選擇方案；若應(yīng)用場(chǎng)合對(duì)振動(dòng)和噪聲均敏感，可采用既能抑制橫向振動(dòng)，又可以抑制扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的參數(shù)選擇方案。


圖1為本發(fā)明提供的多作用內(nèi)曲線徑向柱塞馬達(dá)結(jié)構(gòu)的示意圖；圖2為本發(fā)明提供的凸輪環(huán)受力分析及坐標(biāo)系的示意圖；圖3為本發(fā)明提供的缸體受力分析及坐標(biāo)系的示意圖；圖4為本發(fā)明提供的配流軸受力分析及坐標(biāo)系的示意圖；圖5為本發(fā)明提供的改善多作用內(nèi)曲線徑向柱塞泵或馬達(dá)性能的方法的流程圖。附圖中，各標(biāo)號(hào)所代表的部件列表如下
1:缸體；2:凸輪環(huán)；3:柱塞；4:配流軸。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。為了能夠簡(jiǎn)單、方便地選擇作用數(shù)和柱塞數(shù)，進(jìn)而顯著地降低振動(dòng)噪聲，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種改善多作用內(nèi)曲線徑向柱塞泵或馬達(dá)性能的方法，參見(jiàn)圖1-圖5。多作用內(nèi)曲線徑向柱塞泵或馬達(dá)通常由凸輪環(huán)2、缸體1、柱塞3和配流軸4等構(gòu)件組成，如圖1所示。在缸體1旋轉(zhuǎn)一周的過(guò)程中，每個(gè)柱塞沿曲線導(dǎo)軌往復(fù)多次。因此， 各柱塞3與凸輪環(huán)2的各曲線段的相對(duì)位置將隨之變化，且柱塞3與凸輪環(huán)2之間的作用力也在不斷變化，導(dǎo)致各構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)和受力較復(fù)雜。但是，不論作用數(shù)和柱塞數(shù)如何選取， 柱塞3每往復(fù)一次即完成一次吸油排油動(dòng)作，馬達(dá)內(nèi)的油壓也將脈動(dòng)一個(gè)周期，且柱塞3與凸輪環(huán)2之間的作用力也將波動(dòng)一個(gè)周期，而且流量與壓力的脈動(dòng)頻率相同。對(duì)于某個(gè)特定柱塞3而言，上述流量和壓力的脈動(dòng)頻率為ω = η/60 (本發(fā)明實(shí)施例稱該頻率為軸頻)。 顯然，無(wú)論作用數(shù)和柱塞數(shù)如何選取，單個(gè)柱塞3的動(dòng)作及受力過(guò)程均基本相同。主要差別體現(xiàn)在由作用數(shù)和柱塞數(shù)決定的相位差。假定第一個(gè)柱塞3的初始相位為零，X為作用數(shù)， Z為柱塞數(shù)，那么第i個(gè)柱塞3的相位
權(quán)利要求
1.一種改善多作用內(nèi)曲線徑向柱塞泵或馬達(dá)性能的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟(1)初選多作用內(nèi)曲線徑向柱塞泵或馬達(dá)的柱塞數(shù)Z和作用數(shù)X；(2)定義相位調(diào)諧因子k= mod (1Z/X)，式中mod為取余數(shù)運(yùn)算，1為激勵(lì)力的諧波階數(shù)；(3)所述作用數(shù)X與所述柱塞數(shù)Z的取值將決定所述多作用內(nèi)曲線徑向柱塞泵或馬達(dá)的流量特性及振動(dòng)狀態(tài)；所述振動(dòng)狀態(tài)包括扭轉(zhuǎn)振動(dòng)、平移振動(dòng)或受力平衡；(4)若所述相位調(diào)諧因子k= 0，將激起所述扭轉(zhuǎn)振動(dòng)；若所述相位調(diào)諧因子k = 1或 Z-I，將激起所述平移振動(dòng)；若所述相位調(diào)諧因子k = 2，3，4，L，Z-2，則處于所述受力平衡狀態(tài)；(5)判斷所述多作用內(nèi)曲線徑向柱塞泵或馬達(dá)是否發(fā)生共振或管路諧振，若是，則執(zhí)行步驟(1)；若否，則執(zhí)行步驟(6)；(6)將所述作用數(shù)X和所述柱塞數(shù)Z的參數(shù)方案作為最終結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改善多作用內(nèi)曲線徑向柱塞泵或馬達(dá)性能的方法，其特征在于，所述方法還包括所述柱塞數(shù)Z與所述作用數(shù)X互質(zhì)的參數(shù)組合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改善多作用內(nèi)曲線徑向柱塞泵或馬達(dá)性能的方法，其特征在于，所述方法還包括所述柱塞數(shù)Z與所述作用數(shù)X不相等且公因子大于1的參數(shù)組合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種改善多作用內(nèi)曲線徑向柱塞泵或馬達(dá)性能的方法，其特征在于，所述方法還包括所述柱塞數(shù)Z與所述作用數(shù)X非互質(zhì)的參數(shù)組合。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種液壓泵或馬達(dá)的性能改進(jìn)方法，特別涉及一種改善多作用內(nèi)曲線徑向柱塞泵或馬達(dá)性能的方法，所述方法包括初選柱塞數(shù)Z和作用數(shù)X；定義相位調(diào)諧因子k；所述柱塞數(shù)Z與所述作用數(shù)X的取值將決定所述多作用內(nèi)曲線徑向柱塞泵或馬達(dá)的流量脈動(dòng)特性及振動(dòng)狀態(tài)；所述振動(dòng)狀態(tài)包括扭轉(zhuǎn)振動(dòng)、平移振動(dòng)或受力平衡；若相位調(diào)諧因子k＝0，將激起扭轉(zhuǎn)振動(dòng)；若相位調(diào)諧因子k＝1或Z-1，將激起平移振動(dòng)；若相位調(diào)諧因子k＝2，3，4，L，Z-2，則處于受力平衡狀態(tài)；根據(jù)具體應(yīng)用場(chǎng)合的性能要求，選取作用數(shù)X和柱塞數(shù)Z，并將其作為最終方案。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了不同的減振和/或降噪的有益效果，本發(fā)明可得到多組備選參數(shù)方案，且參數(shù)選取過(guò)程具有簡(jiǎn)單、方便及可操作性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)F01B15/02GK102162435SQ201110093939
公開(kāi)日2011年8月24日 申請(qǐng)日期2011年4月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月14日
發(fā)明者張東升, 王世宇, 王建, 陳東亮, 霍咪娜 申請(qǐng)人:天津大學(xué)