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如何使用ANSYS对叶片泵进行建模 分析原因降低噪

文章出处:admin 人气:发表时间:2018-11-07 21:27

   【摘要】:目前叶片泵成为各行各业液压系统中一种重要的辅助工作泵。随着科技的快速发展,叶片泵正朝着高速、低噪音、大功率以及高压的趋势发展[1]。通过改变叶片泵轴的结构参数,得到叶片泵轴的固有频率和振型特征,使叶片泵轴的固有频率超出噪声频率范围。避免了噪声。给出了叶片泵进一步研究的参考依据。
 

  国外许多技术先进的国家已经开发了低分贝叶片泵,但是国内叶片泵的噪声值仍然在很高的范围内,因此降低噪声已经成为亟待解决的问题。以下是如何使用ANSYS对叶片泵进行建模,并分析降低噪声的原因
 

如何使用ANSYS对叶片泵进行建模 分析原因降低噪声
 

  从振动的角度来看,部件的刚度影响振动体的固有频率范围,因此叶片泵的每个部件的刚度都得到提高,以避免每个部件的固有频率接近噪声频率。找出接近噪声频域的叶片泵轴的固有频率,并通过提高其刚度来避免这些频率,从而降低叶片泵在运行中产生的噪声。

  

如何使用ANSYS对叶片泵进行建模

 

  1.叶片泵噪声的范围

  叶片泵噪声的频率一般可由下式给出:

  f■=kzn60 HZ (1)

  式中:k—谐波次数,k=1,2,…;

  z—叶片数,z=10;

  n—泵轴旋转速度,泵的工作范围 n=600~1800r/min。

  叶片泵噪声谐波次数为2或4。且谐波次数为2、4时叶片泵噪声的频率分别为:

  f■=2*12(600~1800)60=(240~720)HZ (2)

  f■=4*12(600~1800)60=(480~1440)HZ (3)

  由此可知叶片泵的噪声范围为(240~1440)HZ。

  2.轴有限元模型建立与模态分析

  2.1泵体模型的建立

  选择Solid/10 node 92单元,叶片材料为40Cr,其材料特性参数为:弹性模量:EX=2.06e5MPa、泊松比:μ=0.3、密度:ρ=7.9e-9tonne/(mm)3。对轴采用自由网格划分,其结果如图1所示。在转子内花键处施加x、y、z三个方向的自由度约束。采用Block Lanczos 分析方法来进行分析。为保证分析精确,定义输出10阶固有频率和振型结果。

  图1 轴网格划分

  Fig. 1 The draft mesh

  2.2 模态分析

  轴的前10阶模态如图2所示。

  图2 轴各阶频率

  Fig.2 The draft frequency bands

  叶片泵的噪声范围为(240~1440)HZ。由图2分析可知:轴的1、2阶固有频率处于叶片泵的噪声频率范围内,会发生共振,所以需要对其进行改进。选取轴前6阶振型位移变化云图如图3所示。

  第一阶模态 第二阶模态

  第三阶模态 第四阶模态

  第五阶模态 第六阶模态

 

 分析降低噪声的原因,并提出改进计划

 

  轴的各部分结构中最容易更改的是与轴承和密封圈连接处的尺寸,因其他的如外连接尺寸一般涉及到用户的连接尺寸,而与组件连接的部分若更改会涉及到相当复杂的各个零件的更改。所以更改轴的与轴承和密封圈连接处的尺寸由原来的直径25mm改为35mm。

  叶片泵轴改进前后前10阶固有频率对比分析如表1所示:

  表1 改进前后对比

  从表1改进前后轴的前10阶频率值分析可知:轴的第1、2阶模态的振动频率超出了1440Hz,离开了叶片泵噪声的频率范围。且6~10阶模态的振动频率也远远超出噪声频率范围。从而避免了噪音的产生。

 

 3.结论

 

  本文采用有限元法对叶片泵轴进行了研究,并对轴的刚度进行了调整。结果表明:

  (1)叶片泵轴第一、第二模态的固有频率在叶片泵的噪声频率范围内

  (2)通过调整轴的刚度,叶片泵轴的固有频率远离叶片泵。

  (3)噪声的频率范围,从而避免叶片泵轴产生的噪声。

  【参考文献】

  [1]胡阳.叶片泵噪声及研究[J].液压与气动,2004.2.

  [2]黎克英,陆祥生著.叶片式液压泵和马达[M].北京:北京工业出版社,1993.

  [3]A.W.NEASE,A.C.MORSE.“A Solution to pump ripple in the space shuttle flight control system”.PaP.Am.Soc.Mech.Eng,[80-C2-AERO-5],1980.

  [4]BECKA.Hydraulic mufflers for noise and vibration control[J].Proc.natl.conf.Fluid power,vol.36,1982.

  [5][美]R.H.莱昂著.盛元生,顾伟豪等译.机器噪声和诊断学[M].北京:科学出版社,1987.9.

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