单螺杆泵定子的设计制造及变形研究

摘要

单螺杆泵是一种容积泵，以结构简单、投资少、适应性强等特点广泛应用在石油、化工、食品等行业。转子和定子线型的优劣和制造精度直接决定着螺杆泵的工作特性，定子的内螺旋面是橡胶材料，在硫化和工作过程中，其轮廓会发生变形，实际轮廓偏离了理论轮廓，影响螺杆泵的水力特性和寿命。
　　本文研究了单螺杆泵线型的设计方法，推导了转子和定子共轭曲线方程，利用VB语言，编制了线型设计绘图软件，将螺杆泵共轭曲线以图形的形式显示出来，利用软件的离散功能将曲线离散为点坐标，实现了螺杆泵在CAD和CAE软件中的精确建模。并讨论了设计参数对螺杆泵性能的影响和设计参数的优化。
　　针对现有等壁厚定子加工工艺的不足，提出采用注塑和硫化相结合的工艺，降低了等壁厚定子的加工难度。对定子的加工工艺进行分析，指明了定子轮廓误差来源于两个方面:模芯螺旋面加工误差和橡胶变形误差。
　　为了减小橡胶变形对定子轮廓精度的影响，以三头定子为例，针对常规和等壁厚两种定子结构，对其制造过程和均匀压力作用下轮廓的变形大小、变形方向和应力分布进行了有限元分析。结果表明:相同条件下，等壁厚定子的变形比较均匀，其轮廓的补偿比较容易，常规定子轮廓变形复杂，其轮廓的补偿较难，轮廓节点变形方向近似于法线方向。在分析定子橡胶热力学性能的基础上，提出了利用橡胶材料的“逆反相似性”对常规定子轮廓进行补偿。
　　为了减小模芯螺旋面误差对定子轮廓精度的影响，通过提出的定子轮廓补偿方法，得到了定子的实际轮廓坐标。在研究“空间无瞬心包络法”的基础上，编制了模芯CAM软件，实现了刀具轨迹的求解。利用三轴数控螺杆铣床，实现了模芯的加工。根据实际切削结果，对模芯截面误差和轴向误差进行了分析，结果表明:模芯的截面形状误差主要取决于插补误差，轴向误差取决于刀片半径和轴向进给量，机床C轴转角误差对模芯精度影响最大。分析并总结了模芯螺旋面的实际加工工艺，计算出切削用量的表达式和切削效率表达式，为实际加工中切削用量的选用和切削效率的估算提供参考。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 本课题的研究背景、意义及来源

1．1．1 课题研究的背景与意义

1．1．2 课题来源

1．2 单螺杆泵工作原理

1．2．1 单螺杆泵基本结构

1．2．2 单螺杆泵的工作原理

1．2．3 单螺杆泵的分类

1．3 单螺杆泵的发展及研究现状

1．3．1 国外新型单螺杆泵

1．3．2 国内外研究现状及不足

1．4 论文的主要内容与研究方法

第二章 单螺杆泵线型及其密封带

2．1 单螺杆泵线型

2．1．1 内摆线成型原理

2．1．2 内摆线方程

2．1．3 定子-转子共轭骨线方程

2．1．4 定子-转子共轭骨线等距线方程

2．2 螺杆泵线型绘图软件的开发

2．2．1 开发思路

2．2．2 软件应用简介

2．3 设计参数对螺杆泵性能的影响

2．3．1 设计参数的选取

2．3．2 设计参数的优化

2．4 螺杆泵压力分布及密封性能

2．4．1 螺杆泵压力分布规律

2．4．2 密封带

2．5 本章小结

第三章 定子加工工艺

3．1 常规定子硫化过程及硫化误差分析

3．1．1 硫化过程

3．1．2 制造误差分析

3．1．3 常规定子性能缺陷

3．2 等壁厚定子及其加工工艺

3．2．1 等壁厚定子加工工艺发展现状

3．2．2 一种等壁厚定子结构及其加工工艺探讨

3．2．3 新型等壁厚定子与常规等壁厚定子比较

3．3 本章小结

第四章 定子轮廓变形规律分析及模芯补偿方法

4．1 定子橡胶及其本构关系

4．1．1 螺杆泵定子橡胶介绍

4．1．2 橡胶材料的本构关系

4．2 制造过程中定子轮廓变化规律分析

4．2．1 定子内螺旋面有限元模型

4．2．2 常规定子和等壁厚定子轮廓变化规律分析

4．3 均匀内压作用下定子变形分析

4．4 定子轮廓补偿方法

4．4．1 定子橡胶材料性能研究

4．4．2 定子轮廓补偿方法

4．5 本章小结

第五章 模芯螺旋面加工及误差分析

5．1 模芯螺旋面加工理论

5．1．1 螺旋面加工技术的发展

5．1．2 无瞬心包络法基本原理

5．2 刀位点求解原理

5．2．1 模芯螺旋面数学模型

5．2．2 刀具曲面数学模型

5．2．3 最小有向距离原理

5．2．4 算法设计

5．3 模芯加工试验

5．3．1 模芯CAM软件

5．3．2 加工误差分析

5．3．3 切削用量计算

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 研究展望

附录1 摆线等距线绘图代码

附录2 螺旋面加工CAM软件部分代码

参考文献

硕士学习期间取得的科研成果

致谢