啮合同向双螺杆挤出机挤压系统可视化设计研究

论文摘要

近年来,日益发展的高分子材料科学和不断更新的新型聚合物加工方法,迫使企业必需以较短的研发周期和较低的研发成本进行挤出机的研制。本文在对啮合同向双螺杆挤出机及其挤压系统的特点进行详细研究的基础上,通过对国内某著名双螺杆挤出机生产企业进行的深入调研,提出了基于二次开发技术及数值模拟计算方法对啮合同向双螺杆挤出机挤压系统进行可视化设计的观点。在啮合同向双螺杆几何学的基础上建立了挤压系统零件的三维参数化模型;其次,研究了参数化设计的原理和数字化装配的关键技术,得到一种挤压系统装配体及其装配序列自动生成方法。利用Visual C++6.0和Pro/Engineer应用程序接口Pro/Toolkit,开发了啮合同向双螺杆挤出机挤压系统可视化设计系统的原型,实现了挤压系统零件的参数化设计、挤压系统装配体及装配序列的自动生成、装配干涉检查和机构运动仿真。根据自动生成的挤压系统装配体,建立熔体输送段的流道模型,利用有限体积法对其进行了数值模拟计算,分析了流体压力分布和速度分布情况。数值模拟计算所得挤出产量,与实验比较结果相差不大。研究所得的数值模拟计算方法可用于挤压系统设计。研究开发的可视化设计软件,将行业标准和企业经验融入CAD系统,充分利用企业现有设计知识,规范设计方法,可大大提高设计效率;在此基础上,可以利用流场数值分析在一定程度上替代物料的挤出实验,从而降低设计成本、缩短研发周期。本文的研究为挤压系统的优质高效研发提供了一种方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.3 课题来源与主要研究内容
• 第二章 挤压系统及啮合同向双螺杆几何学
• 2.1 双螺杆挤出机简介
• 2.2 双螺杆挤出机挤压系统
• 2.2.1 螺杆组合及螺杆元件
• 2.2.2 芯轴及机筒
• 2.3 啮合同向双螺杆几何学
• 2.3.1 啮合原理
• 2.3.2 端面啮合曲线的形成及数学模型
• 2.3.3 螺杆的数学模型
• 2.3.4 中心距与齿顶角的关系
• 2.3.5 法向截面方程的建立
• 2.3.6 双螺杆横截面积和体积的计算
• 2.3.7 关于修正问题的讨论
• 2.4 双螺杆挤出机主要技术参数的确定
• 2.4.1 螺杆外径
• 2.4.2 中心距
• 2.4.3 螺杆转速
• 2.4.4 挤出产量
• 2.4.5 其他参数
• 2.5 本章小结
• 第三章 挤压系统零件的参数化设计
• 3.1 参数化设计原理
• 3.1.1 尺寸驱动的数学模型
• 3.1.2 三维参数化设计
• 3.2 挤压系统零件的参数化建模
• 3.2.1 常规螺纹元件建模
• 3.2.2 非常规螺杆元件建模
• 3.2.3 挤压系统其它零件建模
• 3.3 挤压系统的参数及其数据库的建立
• 3.3.1 挤压系统零件基本参数的确定
• 3.3.2 挤压系统参数数据库的创建
• 3.4 挤压系统零件参数化设计方法
• 3.5 本章小结
• 第四章 挤压系统的自动装配
• 4.1 挤压系统的装配模型
• 4.1.1 装配模型
• 4.1.2 装配关系
• 4.1.3 挤压系统的装配模型
• 4.2 基于Pro/E的挤压系统自动装配
• 4.2.1 元件装配定位原理
• 4.2.2 Pro/E装配元件标识及拓扑定位
• 4.2.3 Pro/E中实现自动装配的方法
• 4.3 挤压系统装配干涉检查及机构运动仿真
• 4.3.1 挤压系统干涉检查的方法
• 4.3.2 挤压系统机构运动仿真
• 4.4 挤压系统装配序列规划
• 4.4.1 装配序列规划方法
• 4.4.2 装配序列评价标准
• 4.4.3 挤压系统装配序列自动生成方法
• 4.5 本章小结
• 第五章 挤压系统流场的数值模拟计算
• 5.1 流场计算方法及原理简介
• 5.1.1 计算流体力学
• 5.1.2 流场的数值计算方法
• 5.1.3 流场分析采用软件概述
• 5.2 数理模型的建立
• 5.2.1 物理模型
• 5.2.2 数学模型
• 5.2.3 网格划分
• 5.3 数值模拟计算结果与分析
• 5.3.1 数值模拟采用的物性参数
• 5.3.2 压力分布
• 5.3.3 速度分布
• 5.3.4 挤出量分析比较
• 5.4 本章小结
• 第六章 挤压系统可视化设计的实现
• 6.1 挤压系统可视化设计系统的总体设计
• 6.1.1 可视化设计系统的功能及结构
• 6.1.2 挤压系统可视化设计的流程
• 6.2 Pro/ENGINEER二次开发
• 6.2.1 Pro/ENGINEER二次开发接口
• 6.2.2 Pro/TOOLKIT应用程序工作模式
• 6.2.3 应用程序框架
• 6.3 可视化设计主要功能模块的实现
• 6.3.1 挤压系统零件参数化设计的实现
• 6.3.2 访问挤压系统参数数据库的实现
• 6.3.3 挤压系统自动装配的实现
• 6.3.4 挤压系统装配序列自动生成的实现
• 6.4 运行实例
• 6.5 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 结论
• 7.2 创新点
• 7.3 后续工作
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间的主要研究成果