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基于变型设计的螺杆泵优化设计系统的研究及其实现

作　者: 黄娜莎
导　师: 周继烈；倪益华
学　校: 浙江大学
专　业: 精密仪器及机械
关键词: 螺杆泵端面型线变型设计参数化建模有限元分析
分类号: TH327
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

螺杆泵具有输送介质平稳、振动小、吸上性能好等优点,运动部件少、结构简单。随着螺杆泵技术的发展,应用范围越来越广,几乎能输送所有的介质,同时对其技术要求也越来越高。本文以杭州兴龙泵业有限公司的主导产品单螺杆泵为研究对象,分析其重要工作部件转子和定子的端面型线形成过程,研究了螺杆泵结构参数、工作参数对其性能的影响。针对泵类产品及其零部件的特点,提出一种适合螺杆泵设计的参数化变型设计方法。在此基础上,研究了基于变型设计技术的螺杆泵优化设计系统,开发了该优化设计平台的各个功能模块,并通过开发实例实现了这种新型的变型设计系统。在此基础上,本文对三维设计软件SolidWorks进行二次开发,研究了螺杆泵定、转子参数化建模所涉及的关键技术,实现了螺杆泵定、转子的参数化实体建模过程。根据螺杆泵摆线类型、变幅系数K和螺杆头数N的不同建立了多种螺杆泵的仿真模型,利用SolidWorks自带的COSMOSMotion工具研究分析了螺杆泵转子等距线上的速度和加速度等运动特性。并利用ANSYS软件分析了在均匀压力和非均匀压力作用下,螺杆泵定子应力、应变以及轮廓线的变形规律。本论文的研究具有重要的理论和现实意义,为螺杆泵的设计制造及企业产品管理提供了一个新的体系结构和实现方法,同时具有较高工程应用价值。

全文目录

致谢  5-6
摘要  6-7
ABSTRACT  7-8
目录  8-11
1 绪论  11-22
  1.1 研究背景  11-12
  1.2 课题来源及研究意义  12-13
  1.3 螺杆泵在国内外的研究现状  13-18
    1.3.1 螺杆泵总体情况  13-14
    1.3.2 螺杆泵型线研究现状  14-16
    1.3.3 变型设计技术研究现状  16-17
    1.3.4 有限元分析技术研究现状  17-18
  1.4 目前研究存在的不足之处  18-19
  1.5 论文的研究内容  19-20
  1.6 论文结构  20
  1.7 本章小结  20-22
2 螺杆泵的工作原理及线型设计  22-36
  2.1 螺杆泵的工作原理  22-23
  2.2 螺杆泵的型线设计  23-31
    2.2.1 螺杆泵定子、转子的型线成型原理  23-26
      2.2.1.1 型线设计原则  23-24
      2.2.1.2 复平面柱坐标法  24
      2.2.1.3 常见的型线分析  24-26
    2.2.2 螺杆泵定、转子型面数学方程式  26-31
      2.2.2.1 内摆线线型骨线共轭副  26-28
      2.2.2.2 复矢量方程的转化  28-29
      2.2.2.3 曲率、曲率半径及等距线  29-31
  2.3 螺杆泵定、转子骨面的形成与配合  31-32
  2.4 螺杆泵的性能参数及其影响因素  32-35
    2.4.1 转子直径、偏心距和导程等结构参数  32-33
    2.4.2 流量、转速和压力差等工作参数  33-35
  2.5 本章小结  35-36
3 螺杆泵变型设计与产品数据管理  36-50
  3.1 螺杆泵定、转子变型设计  36-38
    3.1.1 变型设计理论  36-37
    3.1.2 面向产品生命周期的参数化变型设计方法  37-38
  3.2 螺杆泵变型设计系统方案  38-43
    3.2.1 系统总体方案  38-39
    3.2.2 产品建模系统功能方案  39-41
    3.2.3 产品数据管理  41-43
      3.2.3.1 产品信息分析  41-42
      3.2.3.2 产品建模工具  42
      3.2.3.3 产品模型管理  42-43
      3.2.3.4 产品模型查询  43
    3.2.4 产品设计系统功能方案  43
  3.3 螺杆泵变型设计系统的开发实例  43-48
    3.3.1 螺杆泵建模子系统  44-48
    3.3.2 螺杆泵设计子系统  48
  3.4 本章小结  48-50
4 基于变型设计的螺杆泵建模  50-63
  4.1 三维设计概况  50-51
  4.2 SolidWorks二次开发关键技术  51-55
    4.2.1 SolidWorks二次开发工具  51
    4.2.2 SolidWorks二次开发思路  51-55
      4.2.2.1 主要涉及的API对象  51-52
      4.2.2.2 主要涉及的API函数  52-55
  4.3 基于SolidWorks二次开发的螺杆泵零件建模  55-62
    4.3.1 创建SolidWorks插件  55-56
    4.3.2 SolidWorks二次开发功能模型  56-62
      4.3.2.1 转子参数化建模应用实例  57-58
      4.3.2.2 定子参数化建模应用实例  58-62
  4.4 本章小结  62-63
5 螺杆泵有限元仿真分析  63-77
  5.1 螺杆泵的运动学分析  63-70
    5.1.1 定、转子接触点相对滑动速度分析  63-65
    5.1.2 基于COSMOSMotion的定、转子运动分析  65-69
    5.1.3 基于COSMOSMotion的各类型螺杆泵运动分析  69-70
  5.2 基于ANSYS的仿真分析  70-72
    5.2.1 ANSYS分析软件简介  70-71
    5.2.2 有限元模型的建立  71-72
  5.3 螺杆泵定子有限元分析  72-76
    5.3.1 有限元分析方案  72-73
    5.3.2 定子的应力、应变分布规律  73-74
    5.3.3 定子轮廓形状变形规律  74-76
  5.4 本章小结  76-77
6 总结与展望  77-79
  6.1 全文总结  77-78
  6.2 未来工作展望  78-79
参考文献  79-84
作者简介及在学期间所取得的科研成果  84

基于变型设计的螺杆泵优化设计系统的研究及其实现

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