基于Fluent的高频响超大推力转换测量装置设计.pdf

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1、第４期（总第２０３期）机械工程与自动化Ｎｏ．４２０１７年８月ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ＆ＡＵＴＯＭＡＴＩＯＮＡｕｇ．文章编号：１６７２６４１３（２０１７）０４０１１２０３基于Ｆｌｕｅｎｔ的高频响超大推力转换测量装置设计贺昌龙，陈琦，李展鹏（中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，吉林长春１３００３３）摘要：针对超大推力难以测量的问题，利用帕斯卡定律，设计了一种力转换测量装置，阐述了这种装置的结构特点，并论述了其工作原理。然后在ＩＣＥＭＣＦＤ中划分网格，在Ｆｌｕｅｎｔ中设定流体模型和边界条件，选择求解器和求解

2、算法，进行求解计算，最后得到求解结果。结果显示该装置能实现５０Ｈｚ的响应频率，并能很好地复现输入压力的变化。关键词：超大推力；测量；流体分析；Ｆｌｕｅｎｔ中图分类号：ＴＰ３９１．７文献标识码：Ａ０引言根据式（１），当测量面积是施力面积的１／３０时，输入近几年，风能成为清洁能源领域的研究重点，而风端施加２．９４ＭＮ的载荷，测量端的力的大小为９８０ｋＮ，电机组的研发是风能开发中的重要一环。为了测试风这样就将推力缩小到测量范围。利用这个原理，可以电机组的性能，大功率多自由度液压加载试验平台应设计出力转换测量装置。运而生。在这种液压加载

3、试验平台中，通过液压缸施１．１结构设计加载荷，模拟自然风力加载过程。在本项目中，单个液力转换测量装置的结构如图１、图２所示，它主要压缸最大需要加载２．９４ＭＮ的推力，同时其所施加的由承力盖、端盖、调压螺钉、调压杆、缸体、薄膜、活塞、推力要能以５０Ｈｚ的频率变化。为了实现推力的准确杠杆、压紧盖、传感器等部件组成。加载、监控和反馈，需要有一套力测量装置。相较于利整个装置装配完后，旋转调压螺钉，通过钢球推动用液压传感器测量液压油压力，然后转化成力的大小调压杆缓慢插入，调压杆压缩液压油，产生压力，形成的方法，利用力传感器直接测量的方法更

4、可靠、更准预压０．１ＭＰａ～０．２ＭＰａ。如果使用一段时间后液压确。但是现实中２．９４ＭＮ量程的力传感器体积大，成油发生泄漏，预压降低，可以旋转调压螺钉，使调压杆本高，测量精度低，无法标定，根本无法实现测量功能。插入得更深，重新形成预压。针对这个问题，本文设计了一种转换测量装置，将端盖将金属薄膜压紧在主体上，由Ｏ型密封圈密大推力按一定倍数转化成小推力，然后测量；再将测得封，防止泄漏。承力盖周侧与端盖间在轴向上有间隙值乘以倍数，即为大推力的数值；最后，利用Ｆｌｕｅｎｔ仿０．３ｍｍ。真来验证力转换测量装置的性能，检测其能否达到缸体底

5、部是活塞，同样由Ｏ型密封圈密封。活塞５０Ｈｚ的测量频率。轴肩与缸体底部活塞孔上的限位面间有间隙１ｍｍ。１超大推力转换测量装置结构设计活塞下端凸起与杠杆接触，杠杆另一端与力传感器的测超大推力转换测量装置的关键在于将超大推力按量头相接触。力传感器由压紧盖定位并夹紧在缸体上。一定倍数转化为小推力。本文利用帕斯卡定律，通过１．２工作原理承压面积的变化来实现推力的成倍缩小。封闭容器中加载时液压缸活塞杆前端加载在承力盖上的凹坑的液体向各个方向传递的压强的大小是相等的，在一内。由于承力盖周侧与端盖在轴向上有间隙，因此承处施加压强，另一处的压强

6、必定相同，即狆１＝狆２。力力盖受载后对薄膜施压，薄膜受力后变形，从而将载荷的大小等于压强狆乘以受力面积犛，即犉＝狆·犛。因转移到液压油上，导致油压升高。此有：油压升高后，缸体底部的活塞所受推力升高，加载犉１狆１·犛１犛１（１）受在压杠力杆大左小端之的比推等力于也活升塞高孔，这面个积推与力缸的体大内小径与横薄截膜面所积犉２＝狆２·犛２＝犛２．收稿日期：２０１７０１０４；修订日期：２０１７０５０４作者简介：贺昌龙（１９８８），男，湖北荆州人，研究实习员，硕士，研究方向：精密机械设计。２０１７年第４期贺昌龙，等：基于Ｆｌｕｅ

7、ｎｔ的高频响超大推力转换测量装置设计·１１３·之比，为１∶３０。接下来在设置材料模型前需要对流体密度、声速杠杆中心装有销轴，推力按１∶１的比例传递到右和压力入口的压力加载自定义函数ＵＤＦ。具体函数端，并加载在力传感器的测量端。这样就将２．９４ＭＮ如下所示：的载荷转化为９８０ｋＮ大小的推力，即可使用一般的＃ｉｎｃｌｕｄｅ＂ｕｄｆ．ｈ＂力传感器进行测量。＃ｄｅｆｉｎｅＢＭＯＤＵＬＵＳ１．７ｅ９＃ｄｅｆｉｎｅｒｈｏ＿ｒｅｆ９００．０＃ｄｅｆｉｎｅｐ＿ｒｅｆ１０１３２５ＤＥＦＩＮＥ＿ＰＲＯＰＥＲＴＹ（ｓｕｐｅｒｆｌｕｉｄ＿ｄｅｎｓｉｔｙ

8、，ｃｅｌｌ，ｔｈｒｅａｄ）｛ｒｅａｌｒｈｏ；ｒｅａｌｐ，ｄｐ；ｒｅａｌｐ＿ｏｐｅｒａｔｉｎｇ；图１力转化测量装置结构示意图ｐ＿ｏｐｅｒａｔｉｎｇ＝ＲＰ＿Ｇｅｔ＿Ｒｅａｌ（＂ｏｐｅｒａｔｉｎｇ－ｐｒｅｓｓｕｒｅ＂）；ｐ＝Ｃ＿Ｐ（ｃｅｌｌ，ｔｈｒｅａｄ）＋ｐ＿ｏｐｅ