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聚合物齒輪泵特性理論研究及數值模擬 -（全齒廓嚙合）
點擊次數：791 發布時間：2010-5-12
齒輪泵除具有流量和容積效率、扭矩和機械效率、功率和總效率等基本特性外，還存在著困油、噪聲和氣穴等現象，這些特性和現象直接影響齒輪泵的質量，對斜齒齒輪泵的這些特性和現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、高壓的粘流態聚合物時特性的理論研究在國內基本還處于空白。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行了深入的理論研究，并提出了聚合物齒輪泵轉子新的齒形，對于齒輪泵技術的理論發展和實際應用均具有重要的意義。本論文的主要工作成果和創新如下： 1．基于聚合物齒輪泵在石油化工生產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，推導出全封閉齒廓嚙合型面的齒形方程，完成齒形相應的數值計算程序，并對齒輪轉子進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行裝配模擬并分析嚙合副裝配的干涉和側隙，在加工前就能對齒輪齒廓形狀的正確與否進行判斷。 2．對普通斜齒齒輪泵流量特性進行了深入的理論研究，在此基礎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。研究結果表明：在主要參數相同的情況下，普通斜齒齒輪泵無側隙時流量脈動率小于有側隙時的流量脈動率；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行深入的理論研究，分別討論了有側隙和無側隙時普通斜齒齒輪泵轉子的端面重合度與困油現象之間的理論關系，以及困油容積隨轉角的變化關系，得到了*消除斜齒齒輪泵困油沖擊的螺旋角 機械科學研究院博士學位論文的選擇范圍。在此基礎上，對全齒廓嚙合斜齒齒輪泵的困油特性進行了詳細的理論研究，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，以功率損失zui小為目標，對牛頓流體在斜齒齒輪泵中的漏流特性進行了研究，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學計算模型；同時得到了斜齒齒輪泵*徑向間隙和*軸向間隙，并在此基礎上進行了數值計算。研究結果表明：*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．利用冪律流體本構方程，對聚合物流體在斜齒齒輪泵中的漏流特性進行了研究，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*解的數值計算數學模型，同時給出實例及數值計算結果。研究結果表明：齒輪泵輸送冪律流體所消耗的摩擦功率遠遠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上，對斜齒齒輪泵的輸人特性進行了理論研究和數值計算，建立了泵軸的機械摩擦扭矩、液壓扭矩、流體粘性摩擦扭矩和流體碰撞損失扭矩的數學計算模型，并且對泵的輸人功率和效率進行理論研究，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學計算模型，通過數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。 7．在對聚合物齒輪泵特性理論研究的基礎上，研制出全齒廓嚙合斜齒齒輪泵樣機，并進行了樣機的特性測試試驗，與理論推導結果進行對比研究；本文的研究成果可直接用于計算在工程應用的齒輪泵特性。