三螺杆泵设计及转子型线优化研究

论文摘要

三螺杆泵是一种技术含量高的容积式泵。三螺杆泵因其具有结构合理、节能环保、液力脉动小、输送介质粘度适应范围广、输送流量大、平稳可靠、寿命长等显著的优点,而广泛应用在石油、化工、冶金、电力、船舶等领域,越来越受到关注。三螺杆泵属于高精度机械产品,它对设计和制造的精度很敏感,这给三螺杆泵的设计和加工带来了困难,我国目前对三螺杆泵的研究还只是停留在测绘加工的初级水平,所设计和生产出来的产品存在运动不平衡、功率损耗大、磨损快、寿命低等问题,阻碍了三螺杆泵的发展和推广应用。因此对三螺杆泵的设计、受力以及转子型线优化进行研究,对丰富螺杆泵设计理论和技术,促进螺杆泵的广泛应用,具有重要的经济意义和科学意义。在分析三螺杆泵的传动原理和结构形式的基础上,研究了三螺杆泵螺杆转子型线的设计要求及其设计方法,推导出了螺杆转子型线的数学方程,在三维设计软件中建立了三螺杆泵的三维实体模型,进行虚拟装配及干涉检查,形成数字样机,分析了三螺杆泵螺杆转子的力学特性,应用有限元法对主、从螺杆的应力分布进行了数值仿真,分析了螺杆转子齿顶修正的方法,应用渐开线对主、从螺杆的齿顶进行了优化,解决目前螺杆转子齿顶修正所存在的问题。本文的主要研究内容如下:①分析了三螺杆泵的传动原理及其结构特征,研究了三螺杆泵应该满足的四类密封条件②研究了三螺杆泵螺杆转子型线的设计要求,分析了螺杆转子型线的设计方法,推导出了主、从螺杆的端面齿形曲线,建立了三螺杆泵各零部件的三维实体模型,进行了虚拟装配和干涉检查,形成了虚拟样机。③对三螺杆泵的螺杆转子进行了受力分析,建立了主、从螺杆的三维有限元分析模型,应用有限元法对主、从螺杆的应力分布进行了数值模拟。④分析了三螺杆泵螺杆转子齿顶修正的方法以及所存在的问题,应用渐开线对主、从螺杆齿顶进行优化,推导出优化曲线的数学方程,改善了螺杆的加工工艺以及受力状况。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 课题的来源及意义
• 1.2 三螺杆泵的研究现状
• 1.2.1 三螺杆泵的简介
• 1.2.2 三螺杆泵的国内外研究现状
• 1.3 本文的主要研究内容
• 1.4 本章小节
• 2 三螺杆泵的结构分析
• 2.1 三螺杆泵的传动原理
• 2.2 三螺杆泵的结构形式
• 2.3 三螺杆泵的结构特征
• 2.3.1 第一类密封条件
• 2.3.2 第二类密封条件
• 2.3.3 第三类密封条件
• 2.3.4 第四类密封条件
• 2.4 本章小结
• 3 三螺杆泵螺杆转子形线设计及虚拟建模
• 3.1 引言
• 3.2 螺杆端截面齿廓曲线的确定
• 3.3 螺杆泵三维实体模型的建立
• 3.3.1 Pro/ENGINEER简介
• 3.3.2 三维实体模型的建立
• 3.4 本章小结
• 4 螺杆转子受力强度分析
• 4.1 螺杆受力分析
• 4.1.1 螺杆轴向力分析
• 4.1.2 螺杆径向力分析
• 4.2 主、从螺杆有限元分析
• 4.2.1 主、从螺杆有限元模型的建立
• 4.2.2 有限元计算结果
• 4.3 小结
• 5 螺杆转子型线优化
• 5.1 引言
• 5.2 直线倒棱法
• 5.3 圆弧倒棱法
• 5.4 从动螺杆型线优化
• 5.5 主动螺杆型线优化
• 5.6 小结
• 6 结论
• 致谢
• 参考文献