基于盘铣刀的转子泵转子加工系统研究

【目的】开发一套基于GUI界面的盘铣刀设计系统,实现螺旋转子泵转子加工时盘铣刀的实时、准确选择。【方法】建立螺旋转子齿形数学模型,并利用三维建模软件SolidWorks对螺旋转子泵转子进行三维建模,应用MATLAB设计转子齿形检测系统和盘铣刀设计系统的GUI界面。【结论】该系统可以有效减小螺旋转子加工误差,确保转子加工盘铣刀的正确选择,解决了螺旋转子加工问题,提高了螺旋转子的加工效率与安全性,加快了螺旋转子泵的实际应用。     

凸轮转子泵的流场及脉动特性数值分析

随着舰船减振降噪要求的进一步提高,管路噪声逐步成为这一目标的主要障碍,而泵类设备则是管路噪声最主要的噪声源.传统离心泵由其高转速及强烈的动静干涉决定了它在进一步降低自身诱导噪声上的局限性,而新型的凸轮转子泵则具有较大的优势.因此为研究该型泵的主要性能与流场特性,在系统分析凸轮转子泵的工作原理及技术特点的基础上,建立了该泵的二维、三维直翼、三维扭曲翼模型,通过基于动网格的CFD分析计算了凸轮转子泵的流场及脉动特性.计算结果表明:新型凸轮转子泵的流量与转速呈线性关系且呈现出周期性脉动;泵内压力分布稳定,各区域没有明显的压力梯度,在转子间隙及进出口区域存在旋涡及流动分离现象,此处流速较大;转子泵泵内压力脉动随转子叶片数的增大及采用螺旋翼型能够得到有效降低,而随着转速的增大也会迅速增大.     

标准型(三行星轮)复合齿轮转子泵的机理研究

概述了普通齿轮转子泵的结构及工作原理．介绍了标准型(三行星轮)复合齿轮转子泵的工作原理，分析了该泵的力学特性，推出了平均流量和瞬时流量公式，并对该泵的脉动率进行了分析，得出当工作轮的齿数为非3的倍数时，该泵的流量脉动将显著降低的结论。当泵的工作轮及腔体用特殊材料(如不锈钢或陶瓷)制作或处理时，该泵完全可以用在纯水液压系统。     

外环流转子泵转子与泵体间间隙的优化选择

通过外环流转子泵运转时泵的转子与轴的受力分析,建立力学模型,导出了该泵转子与泵体间的间隙计算式;依据N—S微分方程,推导出转子泵间隙的漏损公式。试验验证了间隙和漏损计算公式的实用性,为提高该泵的设计水平及性能提供了参考依据。     

基于ANSYS的偏心蠕动式转子泵转子强度分析

针对偏心蠕动式转子泵液力端的几何结构及运动特性,分析了转子平面蠕动运动过程中的受力以及约束情况,并结合偏心蠕动式转子泵实际设计参数,计算和分析了泵工作过程中的6个工况点的载荷和约束.基于ANSYS有限元软件,建立了转子三维模型,并对其进行了六面体SWEEP网格划分;采用准动态模拟方法对非金属材料的聚甲醛转子强度、刚度进行数值模拟计算,得到了6个工况点中转子应力及变形数据.结果表明,采用聚甲醛材料的转子在泵工作过程中所受最大应力远小于材料许用应力,强度、刚度均满足要求.数值模拟结果为偏心蠕动式转子泵可靠性设计提供了理论依据.     

凸舌油槽对摆线转子泵空化特性的影响

为了改善摆线转子泵的空化特性,提出一种增加极限进出油面积的凸舌油槽结构方案,建立摆线转子泵凸舌油槽结构模型,采用RNG k-ε湍流模型对不同工况下摆线转子泵的内部空化流动进行仿真模拟,分析摆线转子泵凸舌油槽结构在不同转速、不同转子位置时的空化特性,并对不同监测点的含气率及轴向含气率不均匀度进行分析,同时对不同旋转速度及不同进口压力条件下摆线转子泵的空化特性进行试验及对比分析。结果表明:凸舌油槽结构在3种转速下对空化均有所缓解,改善的空化位置主要位于靠近最大啮合容积处;高转速时凸舌油槽结构对转子区域内含气率改善最为明显,低转速下凸舌油槽结构对空化改善效果较小;空化沿轴向具有不均匀性,在进油侧最小齿间容积处、转子底部空化严重,而在较大的齿间容积处、转子中上部的空化更为严重。摆线转子泵的容积效率模拟值与试验值较为吻合,且变化趋势一致,不同进口压力下凸舌油槽的容积效率均高于原模型,凸舌油槽的空化特性优于原模型。     

弹性体转子泵压力特性数值分析与试验

针对弹性体转子型线存在密封性能差和转子尖部容易发生粒子卡滑的缺陷,提出一种新型宽头刮边转子,其型线由宽圆弧ab、刮边圆弧bc、长幅内摆线cd和圆弧de组成.基于CFX浸入式实体技术和RNG k-ε湍流模型,通过转子泵全流场瞬态计算,研究了包角θ=5°,8°,11°,15°,18°和半径r=30.9,37.1,44.5,53.4 mm结构参数下转子腔内脉动特性.结果表明:包角和半径是影响转子泵性能的关键参数,随着包角增大,瞬时质量脉动率减小,半径对出口瞬时质量脉动率、进出口转子腔压力脉动无影响.进口啮合处汽蚀和出口啮合处压力随包角增大而增大;半径增加,进口啮合处汽蚀减小,出口啮合处压力减小.对θ=18°,r=53.4 mm新型转子泵及传统转子泵进行性能对比试验,试验表明新型转子型线性能优于传统转子型线,新型转子泵理论流量较传统转子泵小3.35%,新型转子泵容积效率较传统转子泵大1%~5%;新型转子泵整机效率较传统转子泵高1.5%~4.9%.     

非接触式转子泵优化设计

以转子形状参数为变量,以流量和转子腔体积最小为设计目标,考虑齿轮腔和转子腔结构的有关约束,建立了非接触式转子泵的优化设计模型,给出了优化设计步骤。实例分析证明,该方法可以在保证泵体积小、齿轮腔与转子腔结构协调的情况下,满足有关结构和性能参数的设计要求。     

大模数少齿数螺旋齿面的四轴加工与仿真

针对大模数少齿数螺旋齿轮的加工特点，结合渐开线和摆线的性质，利用微分几何工具计算出该类曲面的法矢，作为选取球头铣刀半径的依据。由于铣刀每完成一个行程后，还要进行轮廓插补，采用一种新的渐开线轮廓插补方法，并将插补轨迹换算成球头铣刀的刀心轨迹。分析了插补误差产生原因并提出控制方法。以一转子齿轮为例，仿真其加工过程。结果表明，本加工方法具有高效、高精度特点。     

基于ANSYS/LS-DYNA的转子铣刀茎秆切割试验

运用ANSYS/LS-DYNA软件对转子铣刀进行模态分析,避免铣刀在高速旋转下的共振现象发生。建立转子铣刀茎秆切割有限元模型,进行功耗仿真试验,采用正交试验的方法,以转子铣刀在切割茎秆时耗能为试验指标,以转子铣刀的厚度、刃角和转速为试验因素,找出耗能的显著影响因素,从而确定最优组合的转子铣刀作业参数。     

非接触式转子泵的设计与试验

针对2叶和3叶转子非接触式转子泵，阐述了由摆线和圆弧组成的转子型线设计方法及其转子齿廓参数确定问题。在结构设计中考虑了转子的安装、运动和转子腔密封等因素，并针对由水、烧碱及面粉组成的混合物流质进行了测试，试验结果表明其在输送粘浓流质方面有明显的优势。     

螺杆泵转子的端面型线计算与加工仿真

从加工螺旋面的基本原理出发,依据刀具回转面与被加工螺旋面包络的接触线是一条空间曲线的原理建立相应的数学模型;提出加工螺杆泵转子用盘形刀具廓形理论计算的基本原理和方法;在此基础上,利用Pro/E软件对螺杆泵转子进行实体建模,并对转子的加工过程进行了运动仿真。     

ZJ-200-25型螺旋离心泵转子静力学分析

为研究螺旋离心泵叶轮与转轴工作时的振动特性,以ZJ-200-25型双叶片螺旋离心泵为研究对象,建立了螺旋离心泵内部流场三维模型,并对其设计工况进行了数值模拟.建立转子部分的有限元模型,根据泵腔内流场压力分布,对转子进行了有预应力的静力学分析和模态分析,获得了转子的对载荷的响应信息、固有频率和对应的振型.结果表明：转子强度满足设计要求,应力最大的点位于叶片根部及轴肩处;转子为刚性,但其在工作时的叶片通过频率与前两阶固有频率比较接近,这说明转子的转速不尽合理,工作时产生共振的可能性较高.因此需要对螺旋离心泵转子结构进行优化设计,可通过更改轴承位置、重新设计轴向和径向尺寸以及更换轴的材料来实现.从而改变转子的固有频率,使固有频率能够避开泵内流动的激励频率,避免发生共振.     

黏度对凸轮转子泵效率影响的数值分析

为了研究输送介质黏度对凸轮转子泵效率的影响,运用三维造型软件建立三叶凸轮转子泵的参数化模型,采用尺寸函数对转子泵模型进行网格划分,并对转子附近区域进行网格加密.采用RNG k-ε湍流模型、动网格技术对转子泵进行数值模拟,得到不同输送介质所对应的转子泵效率,并探讨介质黏度对转子泵的效率影响.结果表明,当进出口压差从0.1 MPa增至0.6MPa时,不同黏度介质所对应的容积效率均呈下降趋势,但黏度较大（〉250 cP）的流体介质对压差的敏感性较小.当压差不变,转速从200 r/min增至600 r/min时,低黏度流体介质（〈100 cP）的容积效率得到明显提高,而高黏度流体介质变化幅度不大.不同黏度的流体达到最高效率时所对应的工况不同,黏度较大的流体介质达到最高效率时转速较低.     

播种机关键部件性能测试平台设计与应用

针对缺少系统测试播种机关键部件运行参数和性能指标测试平台的问题,设计了一种播种机关键部件性能测试平台,阐述了该平台的工作过程,确定了其种肥量检测系统、气流供给与检测模块、地轮驱动模块、三点悬挂模块、液压动力模块及显示与控制系统的结构及关键参数,并以Stewart类自由度并联结构设计了模拟地表坡度的运动框架。播种机关键部件性能测试平台空载和各系统模块工作性能测试试验结果表明：该平台可实现排种与排肥过程中8路导种管和导肥管内种肥排出信号及种肥质量检测,可提供排种轴与排肥轴转速为20～120r/min时,高速气送式排种与排肥所需流量为1.6992～2.5575m3/h的输送气流,并可测试排种与排肥环节气流压力与流量、播种机传动系统转速与转矩;通过运动框架可模拟-5°～5°地表坡度中地表不平对播种机排种性能的影响,运动框架设置的倾斜角度与角度传感器测定的倾斜角度偏差率为0～0.25%、往复摆动角度偏差率为0～0.275%,平台运行稳定,满足不同排量的排种与排肥性能测试要求。     

摆线转子泵转子结构参数的确定

介绍了在摆线转子泵的设计中。如何较准确地选择内、外转子的各种参数，以及选择这些参数的步骤和判定方法，并对外转子齿根圆和齿面的过渡圆弧与齿面相切之点所应处的正确位置进行了分析研究，为避免设计过程中因过渡圆弧半径r0选择的随意性而导致r0过大出现干涉，或r0过小而降低圆弧的过渡效果，给出了正确选择该参数值的求解公式。     

耐高压双向摆线转子流量计设计与试验

设计了一种使用摆线内啮合转子为计量元件的容积式流量计。该结构流量计具有耐高压,结构简单、精度高,大流量时压力损失小等优点。设计了摆线转子流量计样机,搭建了实验平台对其性能进行测试,给出了其流量系数曲线,并对影响容积式流量计精度的原因进行了分析。针对产生测量误差的原因,提出了对流量系数进行线性补偿的方法来修正计量结果。结果表明,通过修正后实验样机对1~100 L/min的流量在31.5 MPa以下的计量精度可达±0.3%。     

四轴联动数控螺旋锥齿轮铣齿机的齿长曲率修正

常规机床对螺旋锥齿轮的齿长曲率进行修正时,需从机床上拆装铣刀盘,并重新调整其行程直径,过程繁琐。对此利用国产四轴数控铣齿机,建立铣齿加工坐标系,以及径向刀位、切削滚比变化多项式。用轮齿接触分析（TCA）的方法,以被加工齿面的接触路径、传动误差作为评价目标,研究径向刀位、切削滚比的变化对齿长曲率修正的规律。TCA分析及铣齿实验结果表明,不改变铣刀盘直径,即可实现对齿长曲率的修正,同时可更加灵活地控制齿面接触路径与传动误差。     

变螺旋铣刀铣削犁体曲面稳定性预测研究

针对犁体曲面铣削过程中的颤振现象,以铣削力方向系数平均理论为基础,提出了一种改进的变螺旋铣刀铣削稳定性预测方法。对所提方法进行验证及效率评估表明:该方法具有良好的预测变螺旋铣削稳定性的能力,且能够显著地提升变螺旋铣刀铣削过程中的稳定性预测计算效率。     

基于数值模拟与实验的三角转子泵性能研究

根据Wankel发动机传动原理,设计了一种双进出口的三角转子泵。阐述了三角转子泵的工作原理和结构特点,通过数值模拟和机械损失数学模型对三角转子泵的流量、压力、机械损失及机械效率等方面进行了计算和分析,并通过实验对数值模拟的预测结果进行了验证。结果表明,在额定转速190 r/min时,进口流量波动较大,3个工作腔交替完成吸入和排出,出口总流量较为平稳;工作腔一个工作循环的压力环包括工作腔扩容、快速增压、稳定输出、快速降压4个阶段;实验流量和压力与模拟值吻合较好,随着转速的提高,压力和流量都明显提升,额定转速下流量和压力的模拟值分别为8.96 m~3/h、2 013.92 k Pa;通过机械损失数学模型得到的、在额定转速下密封片的摩擦损失、端面损失、轴承损失、齿轮啮合损失分别为103.4、182.5、60.5、33.2 W,机械效率的模拟值和实验值较为吻合,分别为92.9%和93.3%。