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聚合物齒輪泵特性理論研究及數(shù)值模擬 -（全齒廓嚙合）
點擊次數(shù)：668 發(fā)布時間：2010-5-12
齒輪泵除具有流量和容積效率、扭矩和機(jī)械效率、功率和總效率等基本特性外，還存在著困油、噪聲和氣穴等現(xiàn)象，這些特性和現(xiàn)象直接影響齒輪泵的質(zhì)量，對斜齒齒輪泵的這些特性和現(xiàn)象的理論研究難度較大，目前大多仍局限于實驗測試研究階段，而聚合物齒輪泵在輸送化工流程中的高溫、高壓的粘流態(tài)聚合物時特性的理論研究在國內(nèi)基本還處于空白。為了改變這種局面，本文對普通斜齒齒輪泵和聚合物齒輪泵的特性均進(jìn)行了深入的理論研究，并提出了聚合物齒輪泵轉(zhuǎn)子新的齒形，對于齒輪泵技術(shù)的理論發(fā)展和實際應(yīng)用均具有重要的意義。本論文的主要工作成果和創(chuàng)新如下： 1．基于聚合物齒輪泵在石油化工生產(chǎn)中的作用和性能要求，本文提出聚合物齒輪泵的全封閉齒廓嚙合型面的概念。運用齒輪嚙合原理，推導(dǎo)出全封閉齒廓嚙合型面的齒形方程，完成齒形相應(yīng)的數(shù)值計算程序，并對齒輪轉(zhuǎn)子進(jìn)行三維實體造型及齒輪裝配體運動仿真的研究；用齒輪三維造型來進(jìn)行裝配模擬并分析嚙合副裝配的干涉和側(cè)隙，在加工前就能對齒輪齒廓形狀的正確與否進(jìn)行判斷。 2．對普通斜齒齒輪泵流量特性進(jìn)行了深入的理論研究，在此基礎(chǔ)上研究了全齒廓嚙合斜齒齒輪泵流量特性，得到了*消除斜齒齒輪泵流量脈動的螺旋角的選擇條件。研究結(jié)果表明：在主要參數(shù)相同的情況下，普通斜齒齒輪泵無側(cè)隙時流量脈動率小于有側(cè)隙時的流量脈動率；全齒廓嚙合斜齒輪泵比普通斜齒輪泵的流量脈動略小。 3．對普通斜齒齒輪泵的困油特性進(jìn)行深入的理論研究，分別討論了有側(cè)隙和無側(cè)隙時普通斜齒齒輪泵轉(zhuǎn)子的端面重合度與困油現(xiàn)象之間的理論關(guān)系，以及困油容積隨轉(zhuǎn)角的變化關(guān)系，得到了*消除斜齒齒輪泵困油沖擊的螺旋角 機(jī)械科學(xué)研究院博士學(xué)位論文的選擇范圍。在此基礎(chǔ)上，對全齒廓嚙合斜齒齒輪泵的困油特性進(jìn)行了詳細(xì)的理論研究，得到了*消除全齒廓嚙合斜齒齒輪泵困油沖擊的螺旋角的選擇范圍。 4．基于粘性流體力學(xué)，以功率損失zui小為目標(biāo)，對牛頓流體在斜齒齒輪泵中的漏流特性進(jìn)行了研究，建立了泄漏模型，分別得到了斜齒齒輪泵的徑向和軸向泄漏的數(shù)學(xué)計算模型；同時得到了斜齒齒輪泵*徑向間隙和*軸向間隙，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了數(shù)值計算。研究結(jié)果表明：*的軸向間隙值略小于徑向間隙，液體粘性引起的摩擦功率隨間隙的增大而減小，在*間隙值的附近，摩擦功率受間隙變化影響不大。 5．利用冪律流體本構(gòu)方程，對聚合物流體在斜齒齒輪泵中的漏流特性進(jìn)行了研究，建立冪律流體在間隙中的泄漏模型，利用邊界條件求出速度分布及泄漏量；由間隙泄漏量得到漏流損失功率，由速度分布得到流體摩擦功率損失，并得到間隙*解的數(shù)值計算數(shù)學(xué)模型，同時給出實例及數(shù)值計算結(jié)果。研究結(jié)果表明：齒輪泵輸送冪律流體所消耗的摩擦功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于輸送牛頓流體時消耗的摩擦功率，齒輪泵輸送冪律流體時*徑向和軸向間隙更大。 6．在對斜齒齒輪泵輸送牛頓流體和聚合物流體時漏流特性研究的基礎(chǔ)上，對斜齒齒輪泵的輸人特性進(jìn)行了理論研究和數(shù)值計算，建立了泵軸的機(jī)械摩擦扭矩、液壓扭矩、流體粘性摩擦扭矩和流體碰撞損失扭矩的數(shù)學(xué)計算模型，并且對泵的輸人功率和效率進(jìn)行理論研究，分別建立適用于牛頓流體和冪律流體的輸人功率、容積效率和總效率數(shù)學(xué)計算模型，通過數(shù)值計算仿真得到泵的特性曲線，為齒輪泵的輸人特性提供了理論依據(jù)。 7．在對聚合物齒輪泵特性理論研究的基礎(chǔ)上，研制出全齒廓嚙合斜齒齒輪泵樣機(jī)，并進(jìn)行了樣機(jī)的特性測試試驗，與理論推導(dǎo)結(jié)果進(jìn)行對比研究；本文的研究成果可直接用于計算在工程應(yīng)用的齒輪泵特性。