1、Contents绪论绪论一冲击器内部参数对输出扭矩的影响冲击器内部参数对输出扭矩的影响二冲击器工作过程的流体解析冲击器工作过程的流体解析三冲击器的热计算冲击器的热计算四冲击器的实验研究冲击器的实验研究五总结与展望总结与展望六4.冲击器的热计算n本章结构图：本章结构图4.1 边界条件的确定n目前工程界所应用的边界和冲击器边界：4.2 温压粘关系n温粘关系：温粘关系4.2 温压粘关系n压粘关系压粘关系4.2 温压粘关系n温压粘关系：温压粘关系4.3 雷诺方程n极坐标状态下的雷诺方程36hPrhr v引入无量纲化因子并简化方程引入无量纲化因子并简化方程0,chcH pPsPdr v无量纲化雷诺方程无
2、量纲化雷诺方程33HPH4.3 雷诺方程n雷诺方程的处理结果：n离散节点图11iiiiiiiAPB PC PDv各系数为：各系数为：31122iiiAH3311112222iiiiiBHH31122iiiCH111122223iiiiiDHHv 半步长差分半步长差分图4-20 节点离散图4-21 半步长差分节点4.4 能量方程n处理后的能量方程232321212c TUhhpUhpc Thxxthxv引入无量纲化因子引入无量纲化因子000,schcH pPsPcc cxrTT T tt tdr v无量纲化并简化方程无量纲化并简化方程233111233c Tc THPHPHHHt4.4 能量方程
3、n对其进行离散化，网格划分如图4-22：图4-22 网格划分4.4 能量方程n离散后方程 2222241,1,24116263iiiiiii ji jiiiiiiitHPPtHTTTTHtHPPt v 计算流程为：计算流程为：图4-19 计算流程4.5 计算结果n压力场和温度场的计算结果油膜温度场和压力场的迭代计算结果4.6 油膜温度场和压力场的FLUENT计算n4.6.1 建立模型与划分网格网格划分结果采用Pave划分方法，Tri网格单元，得3905个网格单元，2257个网格节点4.6 油膜温度场和压力场的FLUENT计算n4.6.2 设置计算过程设置计算过程4.6 油膜温度场和压力场的FL
4、UENT计算n4.6.2 计算结果及分析n迭代残差图计算残差图4.6 油膜温度场和压力场的FLUENT计算n4.6.2 计算结果及分析n各时刻温度场各时刻温度场计算结果图4.6 油膜温度场和压力场的FLUENT计算n4.6.2 计算结果及分析n油膜温度场随时间的变化油膜温度场随时间变化图4.6 油膜温度场和压力场的FLUENT计算n4.6.2 计算结果及分析n迭代计算和FLUENT计算结果对比图迭代结果和FLUENT计算结果对比图4.6 油膜温度场和压力场的FLUENT计算n4.6.3 油膜发热量的计算n油膜发热量的参数图油膜发热量计算参数表参数参数数值数值参数参数数值数值油密度油密度/kgm
5、-3879油体积油体积/m33.3322E-04油热容量油热容量/Jkg-1K-11845钢的体积钢的体积/m35.8541E-04钢热容量钢热容量/Jkg-1K-1460钢的密度钢的密度/kgm-37850温升温升/0C25工作时间工作时间/s3.4265输入扭矩输入扭矩/Nm3.5转速转速/rads-1523.33通过计算，可得出油膜发热量占总耗散量的75.43%左右。4.7 冲击器整体温度计算（不带散热器）n4.7.1 所建模型不带散热器的冲击器整体模型4.7 冲击器整体温度计算（不带散热器）n4.7.2 设置求解过程n根据以上计算所用的参数值设置钢的导热系数、空气对流换热系数、钢和油的
6、比热容、钢和油的密度、空气速度等参数，并利用以上计算中的功率和机械效率设置油缸内壁面为热源，设置初始温度为200C。n利用ANSYS中的命令流进行计算过程的设置（命令流见论文）。4.7 冲击器整体温度计算（不带散热器）n4.7.3 计算结果及分析n各时刻温度场计算结果各时刻温度场计算结果4.7 冲击器整体温度计算（不带散热器）n4.7.3 计算结果及分析n跟踪点的设置及跟踪点温度随时间变化曲线跟踪点的设置跟踪点温度随时间变化曲线十分钟温度升高800C，三十分钟时温度升高了1200C左右，趋于稳定4.8 冲击器整体温度计算（带散热器）n4.8.1 所建模型带有散热器的冲击器整体模型4.8 冲击器
7、整体温度计算（带散热器）n4.8.2 设置计算过程及计算结果分析n利用设置不带散热器的冲击器整体计算设置方法进行设置计算，得各时刻冲击器的整体温度场如下：不同时刻温度场计算结果图4.8 冲击器整体温度计算（带散热器）n4.8.2 设置计算过程及计算结果分析n设置跟踪点及跟踪点温度随时间变化曲线：设置跟踪点跟踪点温度随时间变化4.9 冲击器整体温度计算对比n4.9.1 油缸使用散热器前后温度变化对比n由于油缸内壁与液压油直接相接触，因此可取油缸内壁跟踪点代替油温，两者的比较图如下：使用散热器前后温度对比图使用散热器之后油缸温度有明显下降，最终稳定在700C左右，选用合适大小散热片和冷却方式可实现
8、连续工作。Contents绪论绪论一冲击器内部参数对输出扭矩的影响冲击器内部参数对输出扭矩的影响二冲击器工作过程的流体解析冲击器工作过程的流体解析三冲击器的热计算冲击器的热计算四冲击器的实验研究冲击器的实验研究五总结与展望总结与展望六5 实验分析n5.1 冲击力产生的验证实验n实验原理图5 实验分析n5.1 冲击力产生的验证实验n实验器材实验器材实验器材型号型号主要性能参数主要性能参数手电钻手电钻牧田牧田6501功率功率(W)：230；转速；转速(rpm)：4500压力传感器压力传感器MS-2综合误差（综合误差（%F.S）：）：0.03/0.02；灵敏度灵敏度(mv/v):2.00.002光遮
9、断器光遮断器ITR-9606-FIf(mA)：20；VR(V)：5；VCE(V):10示波器示波器Tektronix TDS 430A取样速率（取样速率（MS/sec）：）：100；垂直灵敏度：每分度为垂直灵敏度：每分度为1mv10V实验器材表5 实验分析n5.1 冲击力产生的验证实验n实验台实验台5 实验分析n5.1 冲击力产生的验证实验n实验结果实验结果5 实验分析n5.2 冲击器扭矩测试实验n某段时间数据检测结果测试实验结果图5 实验分析n5.2 冲击器扭矩测试实验n单个脉冲图单个脉冲检测结果图5 实验分析n5.1 冲击器扭矩测试实验n数据处理各脉冲输出信号图各信号点概率图5 实验分析n
10、5.1 冲击器扭矩测试实验n统计结果表关键数据关键数据大小大小关键数据关键数据大小大小最小值最小值0.5200 最大值最大值2.1600 平均值平均值1.1808 中位值中位值1.1400 方差方差0.1786 标准差标准差0.4226 高频值高频值1.0800 数据范围数据范围1.6400 统计结果表5 实验分析n5.2 优化冲击器扭矩测试实验n某段时间结果图某时间段检测结果图各脉冲输出信号图5 实验分析n5.2 优化冲击器扭矩测试实验n统计结果关键数据关键数据大小大小关键数据关键数据大小大小最小值最小值0.6500 最大值最大值2.5700 平均值平均值1.4337 中位值中位值1.410
11、0 方差方差0.1056 标准差标准差0.3249 高频值高频值1.3500 数据范围数据范围1.9200 方差由0.1786降为0.1056，平均值由1.1808升为1.4337概率分布图统计结果表Contents绪论绪论一冲击器内部参数对输出扭矩的影响冲击器内部参数对输出扭矩的影响二冲击器工作过程的流体解析冲击器工作过程的流体解析三冲击器的热计算冲击器的热计算四冲击器的实验研究冲击器的实验研究五总结与展望总结与展望六6 结论与展望n6.1 结论n利用经典受力的方法对叶片进行分析，得出了油缸速度的对于输出扭矩的影响最大，其次是叶片长度、扳轴槽宽和摩擦系数，密封台宽度对最大输出扭矩几乎没有影响
12、的结果；n通过对FLUENT工作过程的流体分析，得出了冲击器体积对输出扭矩有着巨大的影响，其次是出流口大小、旋转角度对冲击器输出扭矩几乎没有影响，其机械效率随各参数的变化不大，维持在40%左右的结果。通过本论文的研究设计出了2000Nm的冲击器，分析了槽沿直线度和叶片叶面平面度对输出扭矩的影响，研究结果表明，以五级加工精度所设计的冲击器输出扭矩比理想状态下的输出扭矩小了10%左右，因此，要保证冲击器输出扭矩的稳定，对冲击器关键部件的加工精度需达到5级精度以上。6 结论与展望n6.1 结论n冲击器发热的研究。计算了滚针油膜温度场和压力场随时间的变化情况。并用FLUENT对油膜温度场进行计算，通过
13、两者的对比验证了计算结果的正确性，研究结果表明，滚针油膜是冲击器发热的主要来源，约占冲击器工作过程中发热量的75.43%。利用ANSYS对冲击器进行了整体热计算，通过对比冲击器在使用散热器前后的热平衡状态，得出冲击器在使用散热器后所达到的热平衡温度大大的降低，选择合适大小的散热片和散热方式，能够达到冲击器连续工作的目的。n对冲击器输出扭矩进行了实验研究。研究结果表明，冲击器输出扭矩不仅各次输出的扭矩有着较大的变化，在单个冲击过程中也有较大的抖动。优化后的冲击扭矩的输出扭矩稳定性有所改进，但实验结果与理论分析结果表明，冲击器的输出扭矩稳定性的控制还较为困难，必须通过改变冲击器的结构来使输出扭矩更
14、为稳定。6 结论与展望n6.2 展望n对冲击器输出扭矩稳定性的研究。通过实验研究和本文的理论性研究发现，要精确控制冲击器的输出扭矩还存在着一定的困难，冲击器输出扭矩不仅在不同次冲击时扭矩有着较大的变化，且单次冲击器时输出扭矩还有着较大的波动，因此，改变冲击器的机构，研究和开发新型的冲击器，使其输出的冲击扭矩能够稳定在需要的范围内就显得非常必要。n对冲击器应用情况的进一步研究。由于旋转液压冲击器目前的应用范围还不够广泛，最典型的应用就是应用于液压脉冲扳手，如何将冲击器应用于更多方面，如大功率电机的启动、冲击旋转液压凿岩机、载重汽车的辅助动力等方面就显得尤为重要。研究过程所取得的成果n【1】发明专利 徐海波 顾国超 基于人行为特征的家用空调智能温度控制系统n专利号：CN200810150343.0n【2】实用新型专利 徐海波 顾国超一种连续喷射式喷码机充电电路 专利号：ZI.2008 2 0029071.4n【3】顾国超 戴湘辉 徐海波 气动油压脉冲扳手脉冲发生装置及性能研究 凿岩机械气动工具 2009.1n【4】顾国超 徐海波 喷码机墨滴充电的电场强度分析 中国包装工业 2008.9
