双头单螺杆泵短幅内摆线螺杆—衬套副啮合特性研究

论文摘要

单螺杆泵以其运动部件少、排量均匀、适应性强等特点在油田得到广泛的应用。双头单螺杆泵与单头单螺杆泵相比具有排量大、效率高、能耗低、转子受力状况好等优点,在国际上得到逐步地推广。国内由于对双头单螺杆泵的理论和试验研究较少,目前各油田多数采用单头单螺杆泵。因此,对双头单螺杆泵进行深入的理论研究具有十分重要的现实意义。本文通过引入平面啮合概念把双头单螺杆泵复杂空间啮合问题转化为平面啮合问题。根据齿轮啮合原理,利用单螺杆泵的几何学和运动学关系,建立了双头单螺杆泵定子与转子共轭齿形曲线方程。分析表明:共轭齿形曲线参数滚圆半径R、定圆半径r、变幅系数k与等距圆半径系数ro是影响定子与转子共轭齿形曲线的形状、曲率、过流面积、偏心距的主要因素,进而影响转矩、转速、转子离心力、转子与定子间的最大滑动速度、接触状况、磨损情况等力学特性与寿命指标,从而为共轭齿形曲线的优化设计提供信息。以过流面积最大、最大综合曲率最小和最大滑动速度最小为目标,建立了双头单螺杆泵共轭线型优化设计的数学模型,应用复合形法对双头单螺杆泵共轭齿形曲线进行计算。结果表明:当共轭齿形参数的变幅系数k与等距圆半径系数分别为0.8与1时,螺杆泵的输出特性达到最佳。利用UG NX软件建立了双头单螺杆泵的三维实体模型。并对所建立的螺杆泵机构进行运动模拟及有限元分析,结果表明k为0.8的双头单螺杆泵定子的变形比k为0.5的单螺杆泵小,磨损较轻,力学特性与寿命指标较优,从而验证了理论分析的正确性与优化设计的可行性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 创新点摘要
• 前言
• 第一章 双头单螺杆泵的啮合原理与分析
• 1.1 啮合原理的基本概念
• 1.1.1 瞬心线及其性质
• 1.1.2 共轭齿形曲线
• 1.1.3 复平面柱坐标法
• 1.1.4 摆线简介
• 1.2 双头单螺杆泵的啮合原理
• 1.2.1 双头单螺杆泵啮合原理与线型的关系
• 1.2.2 双头单螺杆泵的啮合原理
• 1.3 双头单螺杆泵端面齿形的选取
• 1.3.1 齿形参数的选择原则
• 1.3.2 基于等距圆半径最大临界值的齿形选择
• 1.3.3 基于偏心距系数的齿形选择
• 1.3.4 基于摆线对比分析的齿形选择
• 1.4 本章小结
• 第二章 双头单螺杆泵短幅内摆线螺杆—衬套副啮合特性研究
• 2.1 转子与定子共轭曲线方程的建立
• 2.1.1 短幅内摆线曲线方程
• 2.1.2 定子齿形曲线方程
• 2.1.3 转子齿形曲线方程
• 2.2 转子和定子齿形曲线的滑动系数
• 2.3 共轭齿形曲线的最大综合曲率及最大滑动速度
• 2.3.1 转子与定子间的最大综合曲率
• 2.3.2 转子和定子间的最大滑动速度
• 2.4 接触图及接触点数
• 2.4.1 接触点数和隔离条件
• 2.4.2 消失条件
• 2.5 等距曲面共轭副
• 2.6 短幅内摆线作为定子齿形曲线的单螺杆泵参数计算
• 2.6.1 短幅内摆线及其共轭曲线几何量的计算
• 2.6.2 以短幅内摆线作为定子齿形曲线的单螺杆泵参数计算
• 2.7 双头单螺杆泵螺杆—衬套副性能和寿命的影响因素
• 2.8 本章小结
• 第三章 双头单螺杆泵短幅内摆线共轭齿形曲线优化设计
• 3.1 优化设计的目标函数
• 3.1.1 约束条件的确定
• 3.1.2 目标函数的简化
• 3.2 双头单螺杆泵短幅内摆线共轭齿形曲线优化
• 3.2.1 复合形法
• 3.2.2 双头单螺杆泵共轭齿形曲线优化设计
• 3.3 双头单螺杆泵共轭齿形曲线优化结果分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于UG 的双头单螺杆泵运动仿真及有限元分析
• 4.1 Unigraphics NX4.0 软件简介
• 4.2 双头单螺杆泵实体建模
• 4.2.1 定子与转子实体模型的建立
• 4.2.2 定子与转子的正确装配
• 4.3 双头单螺杆泵运动仿真
• 4.3.1 转子在定子中的运动规律
• 4.3.2 UG 运动仿真模块功能简介
• 4.3.3 利用UG NX4.0 进行运动仿真
• 4.4 双头单螺杆泵定子有限元分析
• 4.4.1 有限元法在NX Nastran 中实现流程
• 4.4.2 双头单螺杆泵定子有限元分析
• 4.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 发表文章目录
• 致谢
• 详细摘要