真空滤油机用涡旋真空泵涡旋盘优化研究

摘要

润滑油是一种由石油中提炼且具有高附加值的产品，因其良好的润滑、冷却、防锈及密封等性能，被广泛应用于各种机械设备中。一些润滑油液在未被充分利用或因达到换油指标而被更换的情况下被随意排放或丢弃，造成河流、土壤等自然环境的严重污染，同时也造成石油资源的巨大浪费。从节约经济和节省资源的角度来看，迫切需要人们研究与废油再生、废油净化和油液高效利用等相关的废油资源化问题，尤其是废油再生技术研究和滤油机净化设备研制的问题研究，将具有重要的经济、社会和生态效益。　　真空滤油机是一种典型的废油净化设备，依靠真空泵提供的真空环境完成对废油的脱水、脱气及除杂。涡旋盘是真空滤油机用涡旋真空泵的核心工作部件，其性能好坏直接决定真空泵的性能，间接影响真空滤油机的整机特性。为进一步提高真空滤油机整机效率并降低能耗，提高对废油的资源化再生，需要从根本出发，研究并改善真空泵涡旋盘的特性，优化涡旋盘结构，以提高涡旋真空泵工作效率，从而提高真空滤油机的性能。　　在涡旋盘结构特点和工作原理的基础上，对通用涡旋型线的优势和在涡旋盘设计中的重要性进行了阐释，并给出了通用涡旋型线及通用涡旋盘型线的表征方法，分析了涡旋型线壁厚变化的趋势。在通用型线及其共轭型线生成原理的基础上，对比了通用型线方程法和MATLAB程序法生成通用型线的优劣，在需要快速筛选待定系数时，MATLAB程序法具有更加高效方便的优势。最终根据MATLAB程序法得到建模用通用型线，经优化得到圈数为N=3.25，节距P=17.26mm，齿厚t=4.71mm，齿高h=26.15mm的通用涡旋型线。在NX软件中运用该型线完成真空泵涡旋盘的三维建模和运动仿真，装配体的情况与实际大致相同。给定速度为90°每秒的恒定驱动下，通过步进的方式观察了主轴转角在0°、90°、180°、270°时动、静涡旋盘啮合情况，主轴和动涡旋盘的位移-角度幅值曲线结果符合涡旋盘实际运动情况。在基于有限元原理的结构仿真中，动、静涡旋盘位移-节点变形的最大幅值出现在涡旋齿齿顶的齿头部位，动涡旋盘变形最大幅值为8.176μm，静涡旋盘变形的最大幅值为9.701μm，无论是静涡旋盘还是动涡旋盘，周向位移-节点值均远小于径向和轴向的位移-节点值，材料刚度可以抵抗涡旋盘的弹性形变。动、静涡旋盘所受应力在涡旋齿齿头与端板连接的部分最为集中，动涡旋盘单元节点在该处的Von Mises应力最大值为45.25MPa，静涡旋盘单元节点Von Mises应力的最大值为37.22MPa，根据主应力的分析结果，材料的强度可以承受动、静涡旋盘的最大主应力。　　在对涡旋盘结构参数优化及结构特性仿真研究的基础上，得到了一系列结果，本文总结了一套优选通用型线、优化结构参数、三维实体建模与装配、运动仿真和有限元结构分析的设计与仿真研究试验方案，为今后真空泵涡旋盘的设计加工提供可行性参考依据。涡旋盘特性的改善将深化涡旋真空泵在真空滤油机中的作用和效果，具有重要的科学意义和工程应用价值。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 发展历程与趋势

1．3 国内外研究现状

1．4 存在的问题

1．5 本文的主要工作

第2章 真空滤油机用涡旋真空泵涡旋盘及涡旋型线分析

2．1 真空滤油机用涡旋真空泵涡旋盘

2．2 基于通用型线的涡旋盘型线研究

2．3 本章小结

第3章 基于通用型线的涡旋盘型线生成与优化研究

3．1 基于通用型线的涡旋盘型线生成原理分析

3．2 基于通用型线的涡旋盘型线生成方法研究

3．3 基于通用型线的涡旋盘型线参数优化研究

3．4 本章小结

第4章 基于优化型线的涡旋盘运动仿真研究

4．1 基于优化型线涡旋盘的三维实体虚拟建模

4．2 真空滤油机用涡旋真空泵其余部件的三维实体建模

4．3 基于优化型线涡旋盘的运动仿真前处理

4．4 基于优化型线涡旋盘的运动仿真与结果分析

4．5 本章小结

第5章 基于优化型线涡旋盘的应力与变形仿真研究

5．1 基于优化型线涡旋盘应力与变形的有限元基础

5．2 基于优化型线涡旋盘的应力与变形仿真模型

5．3 基于优化型线涡旋盘的应力与变形仿真结果与分析

5．4 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

在学间发表论文及参加课题情况