类摆线转子泵设计方法及仿真分析

发布时间：2017-03-17 06:48

  本文关键词：类摆线转子泵设计方法及仿真分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：泵作为工业的心脏,广泛用于矿业、航空航天、船舶制造业、电力部门等领域。现有大排量、中压力的泵存在着诸多不足,对此本课题研发了一种新型大排量泵。广义而言,发动机也属于流体机械。三角转子发动机作为一种新型发动机,具有结构简单、体积小的优势。所以基于三角转子发动机可以衍生研制出类摆线转子泵,这种新型转子泵具有结构简单、流量大、扬程高等优点。基于此,本课题主要开展了以下研究工作:(1)设计方法的建立及理论分析:剖析阐释了类摆线转子泵的工作原理及结构;在此基础上,应用微积分法,推导了缸体和转子型线方程。结合转子和缸体型线的运动轨迹,分析了流量和流量脉动率变化规律;并对运动构件如转子、轴、密封片进行了力学分析。(2)类摆线转子泵的优化设计:以单位质量流量最大为目标,建立目标函数方程并确定了相对应的设计参数。根据设计要求推导约束函数,如流量、尺寸、强度等;建立了参数设计方程。采用MATLAB优化工具箱,分析得出了泵的设计参数。然后建立了泵外壳的优化模型和设计变量。在此基础上,分析了泵外壳的固有振型,对影响设计精度的固有频率、最大强度及轴心变形量进行约束,确定约束函数,仿真分析得出了泵外壳的最佳厚度,实现了泵的轻量化设计。(3)核心传动部件的有限元分析:基于弹性力学理论,建立了轴、转子有限元模型,结合实际工况,进行了静力学分析。对不同模数的齿轮受载情况进行了动态啮合分析,研究了模数与齿轮最大应力及传动误差的关系。基于分析得出的最佳齿轮模数,分析了变位系数与最大应力及传动误差的变化规律。(4)泵内部的流场研究:基于流体力学理论,建立了泵的二维动网格湍流模型。分析了在额定工况下,内部压力场及速度场分布情况。细化转子与缸体的间隙处网格,模拟计算了间隙与流量特性的变化关系。研究了输送不同介质的流动特性的差异,如水、汽油及柴油。在不同转速、压力工况下,分析了泵性能的变化情况。(5)核心零件的加工与整机的测试:阐述了核心零件的加工方法和加工工艺,如缸体、转子、齿轮等。完成了样机的装配并设计搭建了试验台,试验研究了转速和输出压力对泵的容积效率和总效率的影响。
【关键词】：类摆线转子泵 型线方程 优化设计 有限元分析 流场研究
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH326
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-9
• 1 绪论9-17
• 1.1 泵的综述9
• 1.2 大排量泵的研究现状9-12
• 1.2.1 螺杆泵的研究现状9-11
• 1.2.2 离心泵的研究现状11-12
• 1.3 三角转子机的研究现状12-14
• 1.4 课题学术和实用意义14-15
• 1.5 本文研究目的与内容15-17
• 2 类摆线转子泵工作原理与设计方法17-41
• 2.1 类摆线转子泵结构17-18
• 2.2 类摆线转子泵工作原理18-19
• 2.3 缸体及转子型线方程19-23
• 2.3.1 缸体型线方程19-21
• 2.3.2 转子型线方程21-23
• 2.4 密封设计23-26
• 2.5 流量特性26-30
• 2.5.1 流量26-27
• 2.5.2 流量脉动性27-30
• 2.6 进出口设计30-33
• 2.6.1 径向方式设计31
• 2.6.2 混合方式设计31-33
• 2.7 构件的力学研究33-40
• 2.7.1 转子的力学分析33-35
• 2.7.2 偏心轴颈的力学分析35-37
• 2.7.3 密封片力学分析37-39
• 2.7.4 离心力的平衡39-40
• 2.8 本章小结40-41
• 3 类摆线转子泵的优化设计41-53
• 3.1 引言41
• 3.2 参数优化41-46
• 3.2.1 目标函数42
• 3.2.2 设计变量42-43
• 3.2.3 约束函数43-45
• 3.2.4 计算求解45-46
• 3.3 外壳尺寸优化46-52
• 3.3.1 尺寸优化设计变量46-47
• 3.3.2 尺寸优化约束函数47-50
• 3.3.3 尺寸优化结果分析与验证50-52
• 3.4 本章结论52-53
• 4 类摆线转子泵核心零件有限元分析53-65
• 4.1 泵结构静力分析53-56
• 4.1.1 静态有限元法理论53-54
• 4.1.2 模型的建立54-55
• 4.1.3 载荷及约束55
• 4.1.4 静力结果分析55-56
• 4.2 齿轮动态啮合分析56-63
• 4.2.1 齿轮传动理论57-58
• 4.2.2 齿轮动态啮合模型及加载58
• 4.2.3 动态啮合结果分析58-63
• 4.3 本章小结63-65
• 5 类摆线转子泵内部流场分析65-85
• 5.1 流体动力学数学模型65-66
• 5.2 有限元模型与边界条件66-67
• 5.3 压力场分析67-69
• 5.4 速度场分析69-72
• 5.5 不同间隙下流动特性72-76
• 5.6 不同介质流动特性分析76-79
• 5.7 不同工况下流动特性分析79-82
• 5.7.1 不同转速流体特性分析79-80
• 5.7.2 不同压强差流量特性分析80-82
• 5.8 本章小结82-85
• 6 类摆线转子泵样机制作及实验研究85-93
• 6.1 主要零件的加工制造85-87
• 6.1.1 缸体的加工85
• 6.1.2 转子的加工85-86
• 6.1.3 内啮合齿轮对的加工86-87
• 6.2 泵性能测试实验87-90
• 6.2.1 性能参数87
• 6.2.2 实验台设计87-90
• 6.3 实验结果与分析90-92
• 6.3.1 转速的影响90-91
• 6.3.2 输出压强的影响91-92
• 6.4 本章小结92-93
• 7 结论与展望93-95
• 7.1 全文总结93-94
• 7.2 展望及后续工作94-95
• 致谢95-97
• 参考文献97-101

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