一种双锥对置锥螺杆高压海水液压泵关键基础理论研究

论文摘要

现代海洋装备技术是针对海洋环境，集成了目前众多通用技术，融合而成的一门国际前沿技术，其中海水液压技术以其独特的优势成为了适应海洋开发与发展现代海洋装备技术而产生的一门通用技术。海水液压泵是海水液压技术的核心动力元件，是海水液压系统的心脏，为此国内外针对海水液压泵开展了大量的研究。目前关于海水液压泵的研究主要是柱塞式海水液压泵，但柱塞式海水液压泵的关键摩擦副较多，结构复杂，对摩擦磨损、润滑密封以及腐蚀与污染控制技术提出了很高的要求。此外，无论是轴向柱塞泵，还是叶片泵、齿轮泵，在结构上都不可避免地导致一定的困油现象，造成流量脉动和压力波动，从而影响泵的工作性能。因此，为了满足现代海洋装备的要求，特别是大深度深潜作业装备的要求，设计了一种新型双锥对置锥螺杆高压海水液压泵，并对该泵进行了关键技术理论方面的研究，并取得了以下成果：基于空间啮合理论和坐标变化理论，建立了双锥对置锥螺杆高压海水液压泵锥螺杆-衬套副的曲面方程；通过MATLAB/SIMULINK及Pro/E软件建立锥螺杆-衬套副三维实体模型，并对锥螺杆-衬套共轭副进行运动学分析，得出锥螺杆的运动规律。建立双锥对置锥螺杆高压海水液压泵的流量方程，并利用MATLAB对液压泵的过流面积及流量方程进行仿真分析，探讨了液压泵关键设计参数对其过流面积和流量的影响规律。通过ANSYS软件建立双锥对置锥螺杆高压海水液压泵定子（衬套和壳体）的有限元分析模型，并对定子空间模型和平面模型受力状态下的变形及应力进行对比分析，探讨定子平面模型能否代替空间模型，并研究定子在内腔受力情况下的变形规律。利用ANSYS软件建立双锥对置锥螺杆高压海水液压泵锥螺杆-衬套副的有限元分析模型，并采用非线性有限元分析法对衬套和锥螺杆初始过盈下的变形和应力进行研究，探讨锥螺杆和衬套的变形规律。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究意义
• 1.2 海（淡）水液压泵国内外发展概况
• 1.2.1 海（淡）水液压泵国内外发展概况
• 1.2.2 海（淡）水液压泵国内发展概况
• 1.3 单螺杆泵发展概况
• 1.3.1 柱螺杆单螺杆泵发展概况
• 1.3.2 锥螺杆单螺杆泵发展概况
• 1.4 研究内容
• 第2章 双锥对置锥螺杆高压海水液压泵锥螺杆-衬套副曲面方程的建立
• 2.1 双锥对置锥螺杆高压海水液压泵结构和工作原理
• 2.2 锥螺杆-衬套副曲面方程的建立
• 2.2.1 坐标变化理论
• 2.2.2 空间啮合理论
• 2.2.3 锥螺杆曲面方程的建立
• 2.2.4 衬套曲面方程的建立
• 2.3 本章小结
• 第3章 双锥对置锥螺杆高压海水液压泵流量特性分析
• 3.1 概述
• 3.2 过流面积
• 3.3 理论流量
• 3.4 双锥对置锥螺杆高压海水液压泵设计参数的选定
• 3.5 本章小结
• 第4章 双锥对置锥螺杆高压海水液压泵共轭副运动特性分析
• 4.1 Pro/E 及 MATLAB 简介
• 4.2 锥螺杆、衬套 MATLAB 程序的编制
• 4.2.1 在 MATLAB 中编写锥螺杆 M 函数文件
• 4.2.2 在 MATLAB 中编写衬套 M 函数文件
• 4.2.3 编写锥螺杆、衬套 M 脚本文件
• 4.3 修改生成的.ibl 文件
• 4.3.1 .ibl 文件的格式
• 4.3.2 .ibl 文件的修改
• 4.4 锥螺杆、衬套仿真模型的建立
• 4.4.1 结合.ibl 文件中点的坐标参数生成螺杆、衬套实体模型
• 4.4.2 锥螺杆、衬套实体模型虚拟装配
• 4.4.3 锥螺杆、衬套运动分析模型的建立
• 4.4.4 动态干涉检查
• 4.5 双锥对置锥螺杆高压海水液压泵锥螺杆-衬套副运动仿真分析
• 4.5.1 锥螺杆外表面上点及断面中心点的运动轨迹
• 4.5.2 锥螺杆外表面上 A、B 两点的位移
• 4.5.3 锥螺杆断面中心点的位移
• 4.6 本章小结
• 第5章 双锥对置锥螺杆高压海水液压泵定子有限元分析
• 5.1 概述
• 5.2 泵体、衬套接触有限元方程
• 5.2.1 泵体、衬套接触边界的接触条件及增量刚度方程
• 5.2.2 泵体、衬套粘式接触的增量有限元方程
• 5.3 泵体、衬套空间及平面模型有限元分析
• 5.3.1 泵体、衬套空间模型有限元分析
• 5.3.2 泵体、衬套平面模型有限元分析
• 5.4 本章小结
• 第6章 双锥对置锥螺杆高压海水液压泵锥螺杆衬套过盈接触有限元分析
• 6.1 概述
• 6.2 锥螺杆、衬套有限元方程
• 6.2.1 增量形式完全拉格朗日方程
• 6.2.2 橡胶材料本构模型
• 6.2.3 锥螺杆、橡胶衬套有限元方程
• 6.3 锥螺杆、衬套有限元模型
• 6.4 锥螺杆、衬套有限元分析
• 6.4.1 锥螺杆、橡胶衬套过盈接触下锥螺杆的变形
• 6.4.2 锥螺杆、橡胶衬套过盈接触下衬套的变形
• 6.4.3 锥螺杆、橡胶衬套过盈接触下锥螺杆、衬套的应力
• 6.5 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 读硕士学位期间所取得的学术成果
• 致谢