高压螺旋转子泵及其复杂刀具设计系统开发

摘要

齿轮泵作为一种能量转换装置在国民经济中起着不可替代的作用。随着社会的发展,人们对环保意识和能源危机的概念越来越强。传统齿轮泵的低压、流量脉动大、噪声大、效率低等问题越来越突出。国外高压螺旋转子泵的出现给齿轮泵提供了一个新的发展方向。高压螺旋转子泵不仅继承了传统齿轮泵结构简单的优点,而且拥有高压、流量脉动小、低噪声等优点。然而国内对高压螺旋转子泵的理论研究处于起步阶段,缺乏一套完善的理论体系。本文就是以高压螺旋转子泵为研究对象,建立一套高压螺旋转子泵的转子的型线设计原则、啮合特性的分析、泵性能特性的分析、泵的结构设计、转子制造加工技术等较为完善的理论体系。
　　本文首先从啮合齿面出发,确定了一点连续接触的齿廓方程,很好的解决了传统齿轮泵存在的困油现象。根据齿廓方程,建立了螺旋转子的数学模型并理论推导了齿轮的啮合特性,进一步证明了转子齿廓一点连续接触的特征。然后对螺旋转子泵进行了详细的特性分析,建立了泵腔和进出油口的数学模型,理论推导出了泵的排量流量、进出油口尺寸、径向力和径向力波动等参数公式,分析归纳出螺旋转子泵3大特性:流量无脉动、齿轮轴的轴向力和扭矩恒定和径向力大且存在波动。
　　在推导的螺旋转子泵的理论基础上,根据泵的技术指标确定了螺旋转子的齿轮参数和泵的性能参数(工作压力25MPa、流量90.65L/min,流量脉动0％)。确定了泵的性能参数后完成了对泵的结构设计,主要包括泵的整体尺寸设计和泵的主要组成零部件的ANSYS仿真分析。ANSYS仿真分析则包括泵体壁厚的优化分析、主动齿轮轴的模态分析、齿轮轴的静态分析和齿轮接触分析。ANSYS仿真分析确定了泵体壁厚尺寸、主动齿轮轴的振动型式、齿轮轴危险截面的应力和变形、齿轮啮合接触的受力情况等,很好的验证了泵的结构尺寸设计的可靠性。
　　针对螺旋转子的特殊齿廓形状,本文专门对螺旋转子的复杂加工刀具——铣刀和滚刀进行了设计。以空间啮合原理为基础,设计推导铣刀的回转面齿廓和滚刀的基本蜗杆,并分别对正前角铣刀廓形和正前角滚刀的前刀面齿形进行了详细的推导,完成了对铣刀和滚刀的齿形基础理论工作。在理论计算齿形的基础上完成对铣刀和滚刀的结构尺寸设计并绘制出刀具工程图。
　　为了更好的将螺旋转子泵的研究简洁化和通用化,本文建立了一套以 Matlab GUI为平台的适用于螺旋转子泵及其复杂刀具设计系统功能软件。系统软件可完成齿轮参数设计、泵参数设计、齿轮刀具设计和数控加工刀轨规划等工作,从而将螺旋转子泵的整个设计研究有效串联在一起。

目录

高压螺旋转子泵及其复杂刀具设计系统开发

THE DEVELOPMENT OF DESIGN SYSTEM FOR HIGH PRESSURE LOW NOISE HELICAL ROTOR PUMP AND COMPLICATED TOOL

摘 要

Abstract

第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 国内外齿轮泵研究现状和发展趋势

1.3 国内外螺旋转子泵的研究现状

1.4 本文的主要研究内容

第2章 高压螺旋转子泵的特性研究

2.1 引言

2.2转子数学模型建立和啮合特性分析

2.3 螺旋转子泵的特性分析

2.4 本章小结

第3章 高压螺旋转子泵设计

3.1 引言

3.2 齿轮参数确定

3.3 泵性能参数确定

3.4 泵的结构设计

3.5 本章小结

第4章 加工螺旋转子的夊杂刀具设计

4.1 引言

4.2 加工螺旋面用盘状成形铣刀设计

4.3 滚刀设计

4.4 本章小结

第5章 基于MATLAB GUI的螺旋转子泵及其夊杂刀具系统开发

5.1 引言

5.2 MATLAB GUI简介

5.3 人机交互界面的实现

5.4 系统功能实现

5.6 本章小结

结 论

参考文献

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致 谢