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三螺杆泵设计及转子型线优化研究

曾敏  
【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。


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