虚拟样机技术在隔膜泵设计中的应用

摘要

输送泵是固液两相介质输送的关键设备，他被广泛应用于冶金、煤炭、电力、化工、建材、环保和矿山等诸多领域。 随着科学技术的飞速发展，对输送流量大、压力高、温度高和高腐蚀固液两相介质泵的需要越来越高。往复式活塞隔膜泵(以下简称隔膜泵)，是集活塞泵和压力泵坚固耐用等优点，克服活塞泵密封件易磨损等缺点而发展起来的一种理想的往复式料浆泵，他具有结构简单，输送能力大，输送距离长和耐腐蚀等优点。因而广泛应用生产中，并取得了可观的经济效益和社会效益。将虚拟样机技术应用于隔膜泵的设计中，这对于提高产品设计质量及提高隔膜泵在国际市场上的竞争力，都具有实际意义。 虚拟样机技术又称机械系统动态仿真技术，是20世纪80年代随着计算机技术的发展而迅速发展起来的一项新技术，其核心是机械系统运动学和动力学仿真技术，同时还包括三维CAD建模技术、有限元分析技术、机电液控制技术和最优化技术等相关技术。 该课题是以沈阳有色冶金有限公司生产的往复式活塞隔膜泵DGMB100/10为研究对象，分析了隔膜泵曲轴连杆等主要零部件结构特征，利用Pro/E建立隔膜泵各部件的三维虚拟模型和整体装配虚拟模型；利用ANSYS对曲轴进行了有限元分析；在整机实体模型的基础上，建立了隔膜泵的虚拟样机，并利用ADAMS对整机进行了动态仿真。 本论文主要包括一下几部分内容：首先，分析隔膜泵的结构特征，主要包括曲轴和连杆部分，建立隔膜泵各零部件的三维虚拟模型，并装配得隔膜泵的整体模型。二是依据隔膜泵中曲轴占有的重要地位，对曲轴进行有限元分析；从结果分析曲轴的危险界面和模态等信息。三是建立隔膜泵的虚拟样机，对隔膜泵整体进行动态仿真，分析隔膜泵的运动和受力情况，并和实际参数比较。 此方法克服了建模软件仿真功能不足和仿真软件建模复杂的缺陷，用Pro/E建模，ADAMS仿真，得到了令人满意的结果。

目录

文摘

英文文摘

独创性声明及学位论文版权使用授权书

第一章绪论

1.1课题的来源及研究的意义和目的

1.2隔膜泵在国民经济发展中的作用

1.3隔膜泵的概述及国内外的发展水平和趋势

1.3.1隔膜泵概述

1.3.2国外隔膜泵的发展水平和趋势

1.3.3国内隔膜泵的发展水平和趋势

1.4虚拟样机技术概述及国内外的发展

1.4.1虚拟样机技术概述

1.4.2国内外虚拟样机技术方法的发展水平及趋势

1.5本课题研究的内容和主要工作

第二章隔膜泵结构分析

2.1隔膜泵的结构和工作原理

2.2隔膜泵的主要性能参数

2.3隔膜泵的特点

2.4隔膜泵的传动端分析

2.4.1隔膜泵的曲轴分析

2.4.2隔膜泵的连杆及其结构形式

2.5隔膜泵的其他主要部件

2.5.1十字头的结构及作用

2.5.2箱体的结构及作用

2.6本章小结

第三章隔膜泵的虚拟样机设计建模

3.1虚拟样机设计建模简述

3.2 Pro/E软件介绍

3.2.1 AutoCAD与Pro/E特点比较

3.2.2国内常用的CAD软件

3.3隔膜泵零部件的虚拟模型建立

3.3.1曲轴虚拟模型的建立

3.3.2连杆虚拟模型的建立

3.3.3十字头虚拟模型的建立

3.3.4齿轮轴虚拟模型的建立

3.3.5下箱体虚拟模型的建立

3.4隔膜泵虚拟样机模型的建立

3.5本章小结

第四章隔膜泵曲轴的有限元分析

4.1有限元分析概述

4.1.1有限单元法的基本思想

4.1.2空间问题的有限元法

4.2有限单元法的分析过程

4.2.1 ANSYS软件介绍

4.2.2有限单元法的分析过程

4.3隔膜泵曲轴的有限元模型分析

4.3.1曲轴计算模型的建立

4.3.2曲轴分析单元类型的选择及网格划分

4.3.3曲轴的计算工况和边界条件

4.3.4曲轴静力学分析的结果

4.4隔膜泵曲轴的模态分析

4.4.1模态分析概述

4.4.2 ANSYS中的模态分析方法

4.4.3隔膜泵曲轴的模态分析

4.5本章小结

第五章隔膜泵的虚拟样机仿真

5.1机械系统动力学仿真概述

5.2 ADAMS简介

5.2.1 ADAMS的分析计算方法

5.2.2 Pro/E和ADAMS的接口

5.2.3 ADAMS/Flex柔性分析模块

5.2.4 ADAMS/Control功能

5.2.5 ADAMS/Control和MATLAB联合仿真

5.3隔膜泵的虚拟样机仿真

5.3.1定义隔膜泵虚拟样机中刚体

5.3.2定义隔膜泵虚拟样机中约束副及驱动

5.3.3隔膜泵虚拟样机的数据导航

5.4隔膜泵虚拟样机仿真结果

5.4.1 ADAMS/PostProcessor简介

5.4.2 ADAMS/PostProcessor的主要用途

5.4.3隔膜泵中十字头仿真结果

5.4.4隔膜泵虚拟样机中曲轴和连杆作用处约束副的力变化曲线

5.5本章小结

第六章结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

致谢