一种双锥对置锥螺杆海水液压泵设计理论及性能研究

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海水液压泵技术作为现代海洋装备技术而产生的一门通用技术,是我国流体传动及控制领域内一个重要的前沿研究方向。以一种新型结构原理的双锥对置锥螺杆海水液压泵为研究对象,利用理论分析和仿真模拟的方法,对所设计的泵进行系统、深入的分析与研究。  单头锥螺杆转子和双头锥形定子衬套构成的锥螺杆—衬套副是双锥对置锥螺杆海水液压泵的核心部件,也是开展理论分析和研究的重点对象。为此,基于锥螺杆和定子曲面的成型原理,分别建立锥螺杆和定子衬套线型曲面方程;结合空间啮合理论,分析锥螺杆转子与定子曲面间的啮合条件,推导锥螺杆—衬套副接触线方程和啮合面方程。  锥螺杆转子和定子的型面形状复杂,难以直接通过三维建模软件实现实体模型的建立。提出了利用Pro/Engineer和MATLAB软件联合仿真的方法,充分利用MATLAB数据建模和Pro/Engineer曲面实体建模优势,对锥螺杆转子与定子进行实体建模和虚拟装配,并对装配体进行了静态干涉检查,验证了所建实体模型及其装配关系的正确性。  研究双锥对置锥螺杆海水液压泵的密封腔的形成机理,重点研究了密封腔的形成、推移、消失规律及密封腔理论流量计算。利用MATLAB软件对泵结构参数进行了仿真设计,直观描述选择不同参数对其性能评价指标如过流面积、相对滑动速度、综合曲率等的影响,实现关键结构参数的设计。  利用ANSYS有限元分析软件进行定子结构静力分析、定子与转子接触分析,研究了定子不同截面处平面应力、应变及变形规律和转子转动到不同位置下定子变形情况。研究双锥对置锥螺杆海水液压泵的固有振动特性,对锥螺杆转子进行了振动模态分析,获得前六阶固有频率及对应振型图。  利用CFD分析技术进行双锥对置锥螺杆海水液压泵性能仿真研究,采用FLoEFD流体分析软件对海水液压泵内部流动进行流体力学模拟仿真,分析泵内流体速度和压力场分布、流体压力和速度变化情况;并仿真计算了双锥对置锥螺杆海水液压泵的外负载、流量、泄漏量与出口压力特性规律曲线,以及泵的容积效率、机械效率、总效率。
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