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密封型双螺杆泵具有结构合理、节能环保、液力脉动小、输送介质的粘度范围广、输送流量大、平稳可靠、寿命长等显著的优点,近年来已越来越广泛应用于船舶、石油、化工、冶金、电力等领域。双螺杆泵属于高精度机械产品,我国对双螺杆泵的研究还只是停留在测绘加工的初级阶段,所设计和制造出的产品存在振动噪声大、效率低、寿命短等诸多问题,因此针对密封型双螺杆泵设计制造技术中的若干关键问题展开研究,具有十分重要的意义。
论文课题来源于国家自然科学基金项目(课题编号:50875268)。结合啮合原理、微分几何、流体力学等理论,对密封型双螺杆泵关键部件——螺杆的型线设计进行深入研究,并分析密封型双螺杆泵流道中的流场特性。本文的主要研究内容如下:
①分析密封型双螺杆泵的传动原理及结构特征,研究其应该满足的四类密封条件及型线设计原则和要求,推导主从动螺杆的端面齿形曲线,探讨现有直线、斜线及圆弧修形方法存在的问题,并在此基础上提出应用渐开线优化齿廓曲线。
②基于三维CAD软件平台Pro/E的二次开发工具Pro/Toolkit,结合C++语言,开发密封型双螺杆泵螺杆转子的三维造型模块,应用该模块建立主从动螺杆的精确齿面,并对整机进行虚拟装配和运动干涉检查,验证设计的正确性。
③应用啮合原理、空间坐标变换原理和微分几何学,研究密封型双螺杆泵转子的几何特性,推导螺杆螺旋面方程、螺旋面法线方程、螺杆啮合条件及接触线方程,并对齿槽容积及泄漏三角形面积进行计算。
④基于Fluent流体仿真软件,对密封型双螺杆泵流道的流场特性进行了分析,建立了型线优化前后两种密封型双螺杆泵流道的模型,应用k-ε湍流模型,对两种流道模型的压力场、速度场、剪切应力场等流场性能进行了数值模拟,预估了两种流道的液体输送性能。