三螺杆泵作为一种精密转子式容积泵,具有流量大、工作压力高、压力脉动小、噪声低等优点,广泛应用于船舶、海洋工程、石油化工、食品、排水排污等领域。传统的三段式三螺杆泵液压动力单元的轴向尺寸大、振动噪音大,无法满足潜艇、航母等用液压动力单元对安装空间小、静音要求高的需求。因此,提出一种内嵌式三螺杆泵新结构,该泵直接嵌入伺服电机的心部而形成新型三螺杆电机泵,可大幅缩减安装空间体积,具有隔振降噪的突出效果。基于数值分析方法开展内嵌式三螺杆泵的结构、内部流场和主要零部件的性能研究,结合流体计算、流固耦合、热流固耦合等分析方法获得内嵌式三螺杆泵内流体压力、温度、流速的分布规律和主、从动螺杆的工作状况。主要研究工作如下:(1)依据传统三螺杆泵的主、从动螺杆端面型线的设计理论,推导了内嵌式三螺杆泵的主、从动螺杆的端面型线,并进行了圆弧尖角倒钝;利用Matlab软件编写了主、从动螺杆端面型线的参数化设计程序。以工作压力20 MPa、排量101 ml/r等为目标参数,构建内嵌式三螺杆泵的样机模型,确定了主、从动螺杆的三维数值化模型。(2)构建了内嵌式三螺杆泵的内部流道的流场模型,基于CFD分析方法研究了内嵌式三螺杆泵的内部流场压力、温度、流速的变化情况;通过改变主、从动螺杆的中心距获得不同的螺杆齿间间隙和齿顶间隙,仿真分析不同间隙与泵内流场压力之间的关系,不同螺杆转角与对应的流场流速之间的分布规律。(3)基于内嵌式三螺杆泵的内部流场和主、从动螺杆的结构分析,使用多场耦合分析方法得到了不同工况下泵内流场的压力、温度与螺杆的变形和等效应力,对比分析了主、从动螺杆在温度、压力载荷的单独作用和多场耦合作用下的受力特性,发现耦合后的主、从动螺杆的变形量和等效应力并非单独载荷作用下的直接叠加。(4)对内嵌式三螺杆泵及其主、从动螺杆进行了模态分析,研究了主、从动螺杆在干模态、湿模态和预应力模态下的振动规律,以及比较了各状态下的前六阶固有频率,将热流固耦合的计算结果转换为雨流载荷矩阵,并进行损伤叠加计算疲劳寿命,预测了主、从动螺杆的损伤部位集中在螺旋槽根部。