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单头单螺杆泵螺杆—衬套副力学特性研究

作　者: 孟祥丽
导　师: 韩国有
学　校: 大庆石油学院
专　业: 机械设计及理论
关键词: 单头螺杆泵力学特性三维立体模型接触有限元分析定子橡胶
分类号: TE933
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

螺杆泵以其独特的优势在油田现场得到广泛应用,而进一步提高其举升性能、延长使用寿命成为国内外研究的重点。但目前还没有能够直接对螺杆泵在实际工况下的受力和变形进行测试的有效手段,故利用计算机有限元技术进行虚拟建模和数值分析是有益的尝试。螺杆泵转子和定子的型面比较复杂,给建模和有限元分析工作带来一定困难。在已查阅的对螺杆泵进行有限元分析的文献中,都是以平面模型代替三维立体模型进行分析,分析结果存在较大的误差。鉴于此,本文采用三维CAD建模软件SolidWorks建立了单头螺杆泵的参数化立体模型,通过大型有限元分析软件ANSYS与SolidWorks的软件接口技术,将模型导入ANSYS软件并进行有限元网格划分,得到了有限元分析模型。对耦合状态下的定子和转子进行了接触过盈分析,得出单头螺杆泵在均匀工作压力作用下定子橡胶的位移、应力、应变等参数随转子位置、过盈值、流体压力、橡胶材质等因素的变化规律,结果表明:在定子与转子过盈配合及工作压力作用下,螺杆泵定子等效应力相对于自身屈服极限要小几个数量级,是不会达到屈服的;转子位于定子内轮廓圆弧顶处相对于其位于定子内轮廓线直线段时的定子位移、应力与应变值要大,并且最大值出现在接触部位的圆弧顶左侧45度角位置附近,该处磨损最为严重;由各向剪应力、剪应变的对比可知,xz向剪应力、剪应变值较xy向、yz向大,故xz向剪切破坏是螺杆泵定子破坏的主要因素;定子应力、应变和定转子间接触压力均随工作压力、过盈量的增加而增大,随定子材料泊松比的增大而减小,特别是当工作压力大于1.4MPa或泊松比值大于0.495时,xz向剪应力、剪应变变化比较敏感。本文的研究结果为研究螺杆泵失效机理、优化螺杆泵结构参数和工作参数提供可靠的理论依据。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-6
创新点摘要  6-9
前言  9-12
第一章螺杆泵的工作原理及结构组成  12-15
  1.1 螺杆泵的工作原理  12
  1.2 螺杆泵采油系统的结构组成  12-14
  1.3 本章小结  14-15
第二章转子和定子型面的成型原理及参数化建模  15-32
  2.1 螺杆泵转子、定子型面成型原理及其数学方程式  15-22
    2.1.1 螺杆泵转子、定子成型原理  15-19
    2.1.2 螺杆泵转子、定子型面数学方程式  19-22
  2.2 螺杆泵转子和定子的参数化建模  22-31
    2.2.1 SoidWorks 软件功能简介  22
    2.2.2 SolidWorks 中的API 和利用宏录制进行二次开发过程  22-23
    2.2.3 螺杆泵转子与定子的参数化建模过程  23-31
  2.3 本章小结  31-32
第三章基于ANSYS 的接触非线性有限元理论  32-40
  3.1 ANSYS 软件简介  32
  3.2 几何非线性有限元理论  32-36
    3.2.1 几何非线性问题的基本解法  32-34
    3.2.2 ANSYS 软件处理方法  34-36
  3.3 接触非线性有限元理论  36-39
    3.3.1 接触问题的非线性有限元法  36-38
    3.3.2 ANSYS 软件处理方法  38-39
  3.4 本章小结  39-40
第四章单头螺杆泵有限元模型的建立  40-45
  4.1 CAD 建模与有限元数值分析方法简介  40
  4.2 单头螺杆泵有限元模型的建立  40-44
    4.2.1 ANSYS 有限元模型的导入  40-41
    4.2.2 单元类型的选取  41-42
    4.2.3 材料特性与边界条件  42
    4.2.4 参数化有限元模型的生成  42-44
  4.3 本章小结  44-45
第五章单头螺杆泵有限元数值模拟分析  45-61
  5.1 工况1 计算结果分析  45-49
  5.2 工况2 计算结果分析  49-53
  5.3 工况3 计算结果分析  53-57
  5.4 螺杆泵参数对定子变形影响综合分析  57-59
    5.4.1 工作压力对剪应力、剪应变的影响  57-58
    5.4.2 泊松比对剪应力、剪应变的影响  58
    5.4.3 过盈量对剪应力、剪应变的影响  58-59
  5.5 本章小结  59-61
结论  61-62
参考文献  62-65
附录  65-67
发表论文目录  67-68
致谢  68-69
详细摘要  69-73

单头单螺杆泵螺杆—衬套副力学特性研究

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