缸间齿轮联动液压发动机(GCHE)是一种较传统内燃机更节能减污的动力装置,曲柄连杆机构作为发动机主要的运动部件,需要进行优化设计以保证轻质高强的特性。构建了GCHE曲柄连杆机构基于响应面的近似模型,建立了连杆、曲轴状态变量的二阶响应面近似模型,并进行准确性校验。同时建立曲轴和连杆协同优化模型,完成连杆和曲轴基于响应面近似模型的协同优化设计。优化后,连杆体积减小21.47%,曲轴体积减小2.68%,曲柄连杆机构总体积减小4.75%。结果表明,优化效果显著,基于响应面近似模型的优化方法可行有效,为后续GCHE的性能设计提供了理论依据和技术支持。

缸间齿轮联动液压发动机是一种综合性能较好的新型液压发动机。曲轴位于发动机一侧,曲轴外形为半拐结构,其具有与传统发动机不同的受力情况与工作状况,因此需要对其进行结构优化设计,以实现最佳的工作状态。针对GCHE曲轴结构优化数学模型,基于Kriging近似模型与最优拉丁超立方试验设计方法,创建面向6σ稳健性优化设计的曲轴结构尺寸优化模型。仿真结果表明,该方法可完成对目标性能的最优寻值,并提高约束条件的可靠性和目标函数的稳健性。通过对比确定性优化,稳健设计可使曲轴体积降低1.61%,质量水平达到99.999%。

转套作为往复柱塞泵转套式配流系统的重要部件对系统的配流起着至关重要的作用,而转套内凸轮槽型线直接影响系统的流场特性。提出了4种不同的凸轮槽型线,建立相应的型线方程,并通过对系统流场的数值模拟,对比不同型线对入口流量、出口流量和泵腔压力的影响。研究结果表明,线性凸轮槽型线下系统的吸油、排油时间长,流量大,倒灌量小,压力脉动小,综合性能最优。

针对轴向柱塞泵结构复杂、制造工艺和使用维护水平要求高、对油液污染敏感等问题,在介绍轴向柱塞泵工作原理与结构特点的基础上,详细分析柱塞的位移、速度、加速度,柱塞和缸体孔之间的受力。基于AMESim平台,建立柱塞运动单元模型,通过参数设置,进行仿真得到柱塞的位移和在缸体孔内的行程变化图线。发现柱塞的位移、速度、加速度正比于斜盘倾角的正切值、正弦值、余弦值,为轴向柱塞泵的进一步设计研究提供了依据。

电磁力互动柱塞泵是一种新型的液压泵,柱塞运动控制不当将和泵体产生冲击振动和噪声。考虑电磁力、液压动力、摩擦力等因素,建立电磁力互动柱塞泵动力过程仿真的数学模型,对电磁力进行仿真与试验研究,发现两者具有较好的一致性。电磁力随着柱塞行程增大单调递增且变化越来越快,最大值接近1000 N;柱塞从下止点运动到上止点且保持通电状态,速度随电磁力变化趋势越来越大,到上止点时产生剧烈冲击和噪声;缩短通电时间,可使柱塞运动到上止点时速度近似为0,避免了冲击且电消耗大幅度降低。

在电磁力互动柱塞泵的电磁力输出特性曲线中,有效输出的电磁力只占电磁力曲线中最小的一段,电磁力利用率低。针对这一问题,进行电磁铁线圈在轴向配置空间内的电磁特性仿真,得到仿真结果。建立优化模型,优化后的结果,将电磁铁线圈的轴向位置重新配置,使得电磁力有效输出提高。在电磁泵输出功率不变的前提下,提高了电磁铁的有效输出,使通电时间大幅度下降,提高能量转换效率。

由电磁力互动柱塞泵衔铁的仿真云图可知,互动柱塞泵工作时磁通大部分汇集在衔铁底部,中部的磁通对产生电磁力几乎没有贡献。在Isight中搭建优化算法,优化衔铁的结构,保持电磁力不变的情况下,大幅度缩小衔铁体积,优化后的衔铁体积可减少48.27%。

入口压力的变化会改变转套式配流系统内部流场的压力分布,影响系统内部空化特性。利用流场分析软件Fluent对转套式配流系统的流体域进行仿真计算,设置不同的入口压力,考察空化相关参数随入口压力变化的规律,提出开发适配转套式配流系统的新空化模型将是未来研究工作的重点,并应用YST380W型液压综合试验台对仿真结果进行试验验证。结果表明,入口压力的提高能有效降低转套式配流系统的空化程度,减小最大气体体积分数和空化占比,提高容积效率。

以高精密立式和高精密卧式机床为研究对象，利用FEM技术建立高精密立式和卧式机床的进给系统刚性模型，然后利用VP技术对各零部件进行网格划分，替换刚性体，建立起进给系统多柔体模型。通过添加不同方向的切削力分别建立高精密立式和卧式机床多柔体模型。研究立式机床和卧式机床进给系统丝杠振动特性的不同，对比其在一定范围内的精确度，以选择合适的机床。论文中选择高精度的卧式机床。

转套作为配流系统的核心零件之一，其配流口的结构形状对整个配流系统的工作脉动影响较大。以配流系统为研究对象，设计方形配流口、圆形配流口、双配流口3种不同配流口结构转套。首先建立了3种配流口过流面积的数学建模，分析过流面积的变化特点与规律。为了研究不同配流口对配流系统的流量特性与压力特性的影响，利用流体仿真分析软件Fluent，对3种配流口结构的流体模型进行流体动力学仿真。结果表明方形配流口配流面积最大，配流曲线较平稳，圆形配流口对流量脉动和压力脉动影响最小，所以可根据对配流系统的不同要求选用不同结构的转套。