基于线型优化的三头单螺杆泵参数化建模及有限元分析

发布时间：2017-04-15 14:07

  本文关键词：基于线型优化的三头单螺杆泵参数化建模及有限元分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：单螺杆泵不仅具有传输平稳、噪声低、工作可靠和结构简单等优点,而且可以传输高粘度和敏感性的介质,因此在各个领域得到了广泛应用。当前,单螺杆泵的研究对象主要集中在单头单螺杆泵和双头单螺杆泵,其它多头单螺杆泵的分析和研究较少,并且多头单螺杆泵具有效率高、使用寿命长和排量大等优点。因此,本文选择三头单螺杆泵作为研究对象来进行分析和研究,三头单螺杆泵的研究结果对以后其它多头单螺杆泵的深入分析和研究具有一定的参考价值。1.本文通过对单螺杆泵线型理论进行全面而系统的论述和分析,并采用包络线法和齿廓法线法对共轭线型进行分析,建立相应的线型方程。为了消除等距曲线的打扣现象,分别对不同摆线的等距曲线曲率半径进行研究,验证短幅内摆线在幅长系数接近1时,不出现打扣的等距曲线曲率半径范围较大,因此工程上通常选择短幅内摆线作为单螺杆泵的线型。2.通过对短幅内摆线等距线型的参数进行分析,得出影响线型的基本参数包括定子外廓直径、转子头数、幅长系数和等距半径系数。从单螺杆泵的排量和使用寿命两个方面进行分析和研究,把过流面积、最大滑动速度、偏心距和最大综合曲率作为单螺杆泵等距线型评价指标,并采用将MATLAB集成在ISIGHT中的方法对三头单螺杆泵线型参数以过流面积最大、最大滑动速度最小、偏心距最小和最大综合曲率最小为目标进行优化。数据结果表明:优化后的三头单螺杆泵在综合性能方面要优于优化前的三头单螺杆泵。3.通过运用CATIA知识工程及专家系统模块对单螺杆泵进行参数化建模,并采用VB技术对CATIA进行二次开发,实现单螺杆泵定子和转子三维模型的自动生成,并进行静态干涉检测和动态干涉检测,结果证明了通过二次开发平台自动生成的单螺杆泵三维模型的正确性。4.对优化前后的三头单螺杆泵平面模型进行有限元分析,分别在均匀内压、纯过盈和压差的条件下对单螺杆泵定子和转子进行应力应变分析。综合分析表明:优化后的三头单螺杆泵在结构性能方面得到了改善,从而证明了优化设计的正确性。
【关键词】：三头单螺杆泵 线型优化 参数化建模 二次开发 有限元分析
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH327
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 本课题背景10-13
• 1.1.1 螺杆泵的发展概述10-11
• 1.1.2 螺杆泵的分类11
• 1.1.3 单螺杆泵的结构和工作原理11-13
• 1.1.3.1 单螺杆泵的结构11-12
• 1.1.3.2 单螺杆泵的工作原理12-13
• 1.2 国内外研究现状13-14
• 1.3 研究意义14-15
• 1.4 本文研究的主要内容及流程图15-18
• 1.4.1 本文研究的主要内容15-16
• 1.4.2 本文的流程图16-18
• 第2章 单螺杆泵线型理论分析18-36
• 2.1 单螺杆泵的线型理论基础18-19
• 2.2 摆线方程19-20
• 2.3 共轭线型的求法20-28
• 2.3.1 包络法20-24
• 2.3.1.1 发生线的行星运动21
• 2.3.1.2 发生线的运动方程21-22
• 2.3.1.3 共轭线型的生成22-24
• 2.3.2 齿廓法线法24-28
• 2.3.2.1 齿形啮合基本定理24-25
• 2.3.2.2 共轭线型的生成25-28
• 2.4 摆线等距线型28-34
• 2.4.1 打扣现象29
• 2.4.2 摆线线型选择29-33
• 2.4.3 等距曲线方程33-34
• 2.5 本章小结34-36
• 第3章 单螺杆泵评价指标及线型优化36-58
• 3.1 短幅内摆线等距线型的参数计算36-38
• 3.2 评价指标的选择与分析38-41
• 3.2.1 基于排量的评价指标选择38-39
• 3.2.2 基于使用寿命的评价指标选择39-41
• 3.3 各个评价指标的影响41-49
• 3.3.1 过流面积变化趋势41-43
• 3.3.2 最大滑动速度变化趋势43-45
• 3.3.3 偏心距变化趋势45-46
• 3.3.4 最大综合曲率变化趋势46-49
• 3.4 线型参数多目标优化49-55
• 3.5 本章小结55-58
• 第4章 基于CATIA二次开发的参数化建模及干涉检测58-74
• 4.1 CATIA二次开发简介58-59
• 4.2 基于CATIA二次开发的单螺杆泵参数化建模59-67
• 4.2.1 单螺杆泵的参数化建模59-61
• 4.2.2 基于CATIA的二次开发平台61-67
• 4.2.2.1 定子三维实体模型的建模平台62-65
• 4.2.2.2 转子三维实体模型的建模平台65-67
• 4.3 静态干涉检测67-69
• 4.4 动态干涉检测69-72
• 4.4.1 基于DMU运动机构的运动仿真69-70
• 4.4.2 动态干涉检测分析70-72
• 4.5 本章小结72-74
• 第5章 三头单螺杆泵有限元分析74-86
• 5.1 ANSYS软件简介74
• 5.2 三头单螺杆泵ANSYS分析流程74-75
• 5.3 定子在均匀内压下的应力应变分析75-78
• 5.3.1 建立几何模型75
• 5.3.2 网格划分75-76
• 5.3.3 加载、求解和后处理76-78
• 5.4 定子和转子的应力应变分析78-85
• 5.4.1 定子和转子的过盈量选择78
• 5.4.2 在纯过盈作用下定子和转子的应力应变分析78-81
• 5.4.3 在压差作用下定子和转子的应力应变分析81-85
• 5.5 本章小结85-86
• 第6章 总结与展望86-88
• 6.1 全文总结86-87
• 6.2 展望87-88
• 参考文献88-92
• 作者简介及科研成果92-94
• 致谢94

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本文编号：308548