1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　隨著人們對轉子泵逐漸了解與認識，其應用領域也在逐漸的擴大。隨著對轉子泵的應用的增多，也開始了對轉子泵更多的相關研究。根據現有的轉子型線設計理論、圓弧轉子泵的工作原理和工作過程，確立共軛理論為型線設計的原則，推導了適合于圓弧轉子泵的三葉圓弧擺線的端面理論型線參數方程和實際型線參數方程。加之目前國內外的眾多設計、分析軟件的發(fā)展，繪圖

2、軟件已經有強大的二維、三維功能，現代化的智能機柔性加工的發(fā)展，為轉子泵的設計與生產提供了保證。本文著重在轉子泵的轉子設計及參數化方面做了一些探索研究。應用CAD技術在solidworks軟件中進行轉子泵零件的整體建模和裝配.</p><p>　　[關鍵詞]：轉子泵，轉子，轉子型線，參數化設計，solidworks裝配</p><p><b>　　Abstract</b>

3、;</p><p>　　With the gradual understanding of the rotor pump, its application is gradually expanded With the increase of the application of the rotor pump, it also began to study the rotor pump more. Accordin

4、g to the working principle and the working process of the existing rotor type line design theory, circular arc rotor pump, the establishment of theory of conjugate profile design principle is suitable for circular arc ro

5、tor pump trefoil arc cycloidal end theory type line equation parameters and the actu</p><p>　　Key word：Rotor pump，Rotor，Rotor type line，Parametric design， solidworks assembly</p><p><b>　　目

6、錄</b></p><p>　　中文摘要 ……………………………………………………………………………Ⅰ</p><p>　　Abstract ……………………………………………………………………………Ⅱ</p><p>　　第一章 前言…………………………………………………………………………1</p><p>　　1.1 轉子泵

7、簡介…………………………………………………………………1</p><p>　　1.2 轉子泵的主要用途…………………………………………………………1</p><p>　　1.3 轉子泵及轉子型線的國內外研究狀況 …………………………………1</p><p>　　1.4 本文的研究內容及意義 …………………………………………………2</p><p

8、>　　1.5 本章小結……………………………………………………………………2</p><p>　　第二章 泵的結構及原理………………………………………………………3</p><p>　　2.1 轉子泵的工作原理…………………………………………………………3</p><p>　　2.2 轉子泵的結構………………………………………………………………3</p&

9、gt;<p>　　2.2.1泵的組成……………………………………………………………3</p><p>　　2.2.2轉子泵的結構形式…………………………………………………3</p><p>　　2.3 轉子泵的零件材料…………………………………………………………4</p><p>　　2.4 轉子泵的傳動方式…………………………………………………………

10、5</p><p>　　2.5 轉子泵的潤滑方式…………………………………………………………5</p><p>　　2.6 轉子泵的工作特點…………………………………………………………5</p><p>　　2.7 轉子泵的排量及流量………………………………………………………5</p><p>　　2.7.1 轉子泵的排量…………………………

11、……………………………6</p><p>　　2.7.1 轉子泵的流量…………………………………………………………6</p><p>　　2.8本章小結……………………………………………………………………7第三章 轉子泵的轉子型線方程…………………………………………………8</p><p>　　3.1 轉子泵的轉子型線…………………………………………………………8&

12、lt;/p><p>　　3.2 基本尺寸關系………………………………………………………………9</p><p>　　3.3 圓弧型線方程………………………………………………………………10</p><p>　　3.4 徑距比的選取………………………………………………………………13</p><p>　　3.5 本章小結……………………………………

13、………………………………16 第四章 轉子泵的零件校核………………………………………………………17</p><p>　　4.1齒輪的校核…………………………………………………………………17</p><p>　　4.2 軸的校核……………………………………………………………………22</p><p>　　4.3 本章小結……………………………………………

14、………………………25第五章 轉子泵的三維設計………………………………………………………26</p><p>　　5.1 solidwors簡介……………………………………………………………26</p><p>　　5.2 轉子泵設計…………………………………………………………………26</p><p>　　5.3 本章小結………………………………………………………

15、……………34</p><p>　　第六章 總結…………………………………………………………………………35</p><p>　　致謝……………………………………………………………………………………33</p><p>　　參考文獻 ……………………………………………………………………………34</p><p><b>　　第一章

16、前言</b></p><p>　　1.1 轉子泵簡介 </p><p>　　轉子泵是通過一對傳動比為 1 的齒輪嚙合傳動來帶動兩個轉子實現同步反向旋轉，旋轉過程中在進口處產生真空度，從而吸入所要輸送的液體的一種容積式泵。通常也稱做非接觸式轉子泵。其原理是泵體內兩轉子由兩同步齒輪帶動旋轉，完成吸液與排液。兩轉子葉面互不接觸，因此適用的介質粘度很寬，可由低粘度到半固態(tài)及含顆粒的介質

17、。</p><p>　　轉子泵的工作原理決定了在改善過泵介質在高壓、高溫、高剪切下粘度降低，穩(wěn)定質量，及剪切敏感介質安全性等方面具有較高的可靠性。轉子泵具有工作原理簡單、體積小、重量輕、成本低、密封安全、無污染等特點，不僅適用于油液介質輸送，在日用化工、石油、醫(yī)藥、食品等行業(yè)也有廣泛潛在的市場[1]。因此轉子泵在部分場合可完美替代螺桿泵及離心泵。 </p><p>　　1.2 轉子泵的主要

18、用途 </p><p>　　依據轉子泵的工作原理，其用途相當廣泛，可輸送多種介質，如固液、液氣以及膠體等多種介質。因此轉子泵可在石油、化工、食品、醫(yī)藥等行業(yè)廣泛的應用，可以輸送蜂蜜、奶油、潤滑油等大粘度介質，也可輸送煤漿及原油等的多相介質[2]</p><p>　　1.3 轉子泵及轉子型線的國內外研究狀況 </p><p>　　轉子泵技術在國外已經相當成熟，產品設計

19、、生產已經系列化。產品早已應用于農田灌溉、泥漿輸送、河道排砂、煤礦排水及原油開采等方面[2]。即使造價較高但由于壽命和維修等方面的優(yōu)勢，整個運營費用較低。國外對轉子泵的轉子型線的研究已經相當成熟，并且研究還在不斷加深，在進行轉子型線優(yōu)化的同時并研究新的型線。其主要立題方向集中在低粘度、剪切敏感介質在泵內的恒定穩(wěn)態(tài)流動，以保證過泵介質的質量不變。并且據資料顯示國外關于扭葉式轉子泵的研究已經開始起步。 非接觸式轉子泵目前在國內主要用作風機和

20、真空泵，在介質輸送領域的應用還較少。多數生產廠家是定購到國外產品后進行測繪、生產，基本沒有對轉子型線進行深入的研究，產品性能和國外差距較大。相應理論就更少了。由于轉子設計、加工困難，也是導致國內生產廠家少的一個原因。目前轉子泵的優(yōu)點已經引起國內使用單位和技術人員的認識，一些學校和科研單位也已經開始了轉子泵在國內的發(fā)展與研究，但與國外水平仍然相差甚遠。國內對轉子泵的研究，尤其是轉子型線的研究尚無一套完整的理論體系，缺乏理論性的研究。轉子型

21、線的設計方法大多采用測繪的方式，或者采用確定中心距，模擬轉子的運動軌跡的方法來描繪</p><p>　　1.4 本文的研究內容及意義 </p><p>　　本課題主要針對目前國內轉子泵的轉子型線設計理論較少的情況，著重對轉子型線進行理論研究。 </p><p>　　1.根據轉子型線的設計要求和形成原理，主要研究了目前常見的擺線型線和圓弧型線的理論方程以及實際方程，及

22、其徑距比和面積利用系數。 </p><p>　　2.探討轉子泵轉子的設計方法。探討轉子設計相關參數的選取，如間隙、轉速等參數的選取。介紹轉子泵主要部件的設計。</p><p>　　3.以中心距為100 為例，對轉子泵的進行整體設計，設計了三葉圓弧型線轉子泵，并且利用 SolidWorks 軟件進行轉子泵三維模型的建立</p><p><b>　　1.5 本

23、章小結</b></p><p>　　本章介紹了凸輪泵的簡介,并介紹本課題的背景和研究意義以及當前國內外的研究現狀,最后提出了課題研究的目的及研究的主要內容,根據幾何原理和嚙合特性建立凸輪泵轉子型線數學模型,應用相關的建模軟件建立凸輪泵的二維、三維模型,并對其模擬計算。</p><p>　　第 2 章 轉子泵結構及原理</p><p>　　2.1 轉子泵

24、的工作原理</p><p>　　如圖2.1所示，當兩轉子轉動時，泵的吸入口相通的工作腔不斷增大，此時進行吸入過程；當轉子繼續(xù)轉動形成密閉腔，吸入結束；轉子繼續(xù)轉動，密閉腔與泵的出口相通，密閉腔的介質便從出口排出；與此同時轉子的另一側又處于容積增大的過程，進行吸入。如此轉子連續(xù)的轉動，交替完成吸入和排出的過程，完成轉子泵的工作。兩葉轉子泵每轉一周，完成兩次吸入和排出工作。同理單葉轉子泵每轉一周，完成兩次吸入和排出工

25、作；三葉轉子泵每轉一周，完成三次吸入和排出工作[3][4] 。理論上三葉轉子泵具有更高的效率。</p><p>　　圖 2.1三葉轉子泵工作原理圖</p><p>　　2.2 轉子泵的結構</p><p>　　2.2.1轉子泵的組成 </p><p>　　轉子泵主要由轉子、一對同步嚙合齒輪、機械密封、泵體、泵體端蓋、傳動箱、過渡盤、兩傳動軸、

26、法蘭、聯軸器等零件組成。驅動方式采用變速電機或定比減速電機或用戶依據自己需要對配套裝置進行選擇，從而在較大范圍內平穩(wěn)地調節(jié)輸出流量。轉子軸安裝在一對可以承受軸向負載的圓錐滾子軸承上。齒輪副安裝在一個帶油池的齒輪箱中。齒輪箱與泵體是彼此分離的，并相距一定距離，齒輪箱的油不會與泵體的介質混合。轉子的加工精度要求較高，依據傳動介質而采用不同材料，如鑄鐵和不銹鋼。泵體處軸封采用精密的平衡或非平衡式機械密封。同步齒輪和箱體一般分別采用結構鋼和鑄鐵

27、。傳動軸采用中碳鋼[1][6]</p><p>　　2.2.2 轉子泵的結構形式 </p><p>　　轉子泵的結構形式決定了轉子泵的形式，目前國內外轉子泵的結構形式大致有兩種：立式和臥式。立式結構，轉子軸線呈水平布置，兩軸線所構成的平面與水平面垂直，轉子泵占地面積相對較小。進出口呈水平方向設置，裝配和接管都比較方便。臥式結構，轉子軸線呈水平布置，兩軸線所構成的平面平行于水平面，接管比較方

28、便。臥式相對于立式，重心較低，運轉時穩(wěn)定性較好。</p><p>　　圖2.2轉子泵結構簡圖</p><p>　　2.3轉子泵零件的材料</p><p>　　2.3.1.殼體轉子泵的殼體材料是根據工作環(huán)境的外部條件做調整的。一般環(huán)境下,殼體材料是耐磨損耐腐燭的鑄鐵;在特殊的環(huán)境中,可選用特別硬化的球磨鑄鐵、高耐腐蝕的不銹鋼等。</p><p>

29、;　　2.3.2.轉子泵的轉子常見的材料有HT200和不銹鋼。有些轉子材料在HT200基礎上,選用一些特定的橡膠把整個轉子進行完全包裹,使金屬芯不與材料接觸,這種轉子可以輸送腐蝕性的介質。運輸高腐蝕性的介質,如化學產品等,轉子可以選用不銹鋼材料或者是不銹鋼與聚四氟乙稀(PTFE)結合體,材料聚四氟乙烯安裝在凸輪栗的葉峰處。當轉子磨損較為嚴重時,不需要換整個轉子,只需要換葉峰部分即可,節(jié)省成本。</p><p>　

30、　2.3.3.軸承密封轉子泵中的軸承密封一般是機械密封,材料可以選用鑄鐵或者桂碳化合物等;選用填料密封時,多用橡膠或合成材料。</p><p>　　2.3.4.其他零件轉子泵工作中,兩個傳動軸傳遞扭矩不是很大,可以選用45號鋼。齒輪箱、端蓋等零件材料一般選用灰鑄鐵。</p><p>　　2.4 轉子泵的傳動方式 </p><p>　　轉子泵的兩個轉子是通過一對高精度

31、的齒輪來實現兩轉子相對同步運轉的。主動軸一般通過聯軸器與電機聯接。主動軸傳遞的扭矩較大，軸要有足夠的強度和剛度，軸與轉子要固定牢靠，否則會造成轉子間隙發(fā)生變化，使泵非正常運轉，輕則造成容積效率下降，重則會導致轉子之間發(fā)生碰撞，使泵損毀。 </p><p>　　2.5 轉子泵的潤滑方式 </p><p>　　齒輪和軸承的潤滑方式，分為油潤滑和脂潤滑兩大類。其中，油潤滑又有滴油潤滑、油環(huán)潤滑、

32、飛濺潤滑和壓力循環(huán)潤滑等幾種方式。由于油潤滑比脂潤滑的散熱性好，因此，齒輪及軸承通常采用油潤滑。</p><p>　　2.6 轉子泵的工作特點</p><p>　　轉子泵屬于回轉式容積泵，常用于輸送高粘度液體或多相流體，其性能、設計、及運行與所輸送的介質密切相關。介質的流動性質決定了對泵的設計要求。泵在輸送高粘度液體時，要求工作可靠，性能穩(wěn)定，吸入性能好，不能斷流。泵的輸送介質通常都有一定

33、的化學腐蝕性，有些介質還屬于常溫下為固態(tài)，泵送狀態(tài)是在超過其熔點溫度的液態(tài)，泵內又都存在由相對運動形成的間隙，為使泵能保持高效運行，并延長使用壽命，泵的過流部件材質需耐高溫，耐腐蝕，耐磨損。泵的結構應盡量簡單以便于拆裝、清洗和維修[7-14]。 </p><p>　　轉子泵由于其工作原理及結構的獨特性表現為以下幾方面工作特點[8-11]： </p><p>　　1.輸送的液體介質粘度范圍大

34、。從幾百厘泊到幾十萬厘泊，從低粘度到半固體狀態(tài)的流體。 </p><p>　　2.泵內過流面積大，過流平穩(wěn)，輸送過程中其流速不易使介質發(fā)生破乳。 </p><p>　　3.泵內吸入阻力小，轉子泵具有自吸能力。 </p><p>　　4.轉子泵無內壓縮過程。在轉子泵內部，液體壓力并非由于容積縮小而提高，而是借助出液口的較高壓力使液體回流，以提高泵體容積中的液體壓力，即

35、所謂的等容積壓縮。故它比有內壓縮要多消耗壓縮功，效率通常比有內壓縮的各種泵低。這是其主要缺點。 </p><p>　　5.由于轉子之間及轉子與殼體之間實際上是有一定的間隙，所以除軸承及同步齒輪外，轉子泵不存在其它的摩擦運動，這就使得這種機型具有基礎小、無振動、壽命長、械效率高等優(yōu)點。同時也無需對轉子及泵體進行潤滑，免使輸送的介質含油。當然，正是轉子之間以及轉子與殼體之間的的間隙存在，造成液體泄漏，從而影響轉子泵高

36、壓力、高效率的發(fā)展。 </p><p>　　6.可以輸送含有氣體的介質。經過特殊改進葉型，如在葉面上掛上橡膠涂層，也可輸送帶有細微粒子的介質。 </p><p>　　7.效率在 70%左右，高效區(qū)域寬。 </p><p>　　8.性能可靠，結構簡單緊湊，自吸性好、重量輕，體積小，維修、清理方便。 </p><p>　　9.具有計量功能，與往復

37、泵一樣，具有正排量特性，可使用于計量場合。</p><p>　　2.7轉子泵的排量及流量</p><p>　　2.7.1轉子泵的排量</p><p>　　轉子泵的排量是指轉子泵中兩個傳動軸帶動兩個轉子旋轉一周所輸出介質的體積,常用單位有ml/r、L/r等。轉子泵的排量決定于其內部封閉腔的幾何體積,不同轉子的轉子泵內部結構尺寸不同,排量也有所差別。計算公式為:<

38、/p><p>　　式中: V-----轉子泵的排量,ml/r;</p><p>　　B-----轉子泵轉子的寬度,mm。</p><p>　　2.7.2轉子泵的流量</p><p>　　2.7.2.1.理論流量</p><p>　　理論流量是指轉子泵在工作過程中,不考慮泄漏損失的情況下,在單位時間內輸送介質的體積,常用單

39、位有。理論流量與排量之間的關系如下:</p><p>　　式中： -----轉子泵的理論流量, ;</p><p>　　N -----轉子的轉速,r/min。</p><p>　　2.7.2.2.實際流量</p><p>　　實際流量時指轉子泵在工作過程中考慮到泄漏損失,即凸輪菜在單位時間內實際輸送介質的體積。由于產生泄漏損失的原因,所以實

40、際流量一定小于理論流量,關系為:</p><p>　　式中： q-----轉子泵的實際流量, ;</p><p>　　—工作過程中泄漏量, ;</p><p>　　—轉子泵的容積效率,一般取0.8-0.9。</p><p>　　2.7.2.3.額定流量</p><p>　　額定流量時指在額定的轉速和額定的壓力情況下,轉

41、子泵實際輸送的介質體積。在各種泵的產品樣本上或者銘牌都標出的是額定流量。</p><p><b>　　2.8 本章小結 </b></p><p>　?。?）分析了轉子泵的工作原理、組成結構及工作特點。其主要優(yōu)點有： </p><p>　　1.結構緊湊、體積小、重量輕、自吸性好、對污染不敏感、維修、清理方便； </p><p&

42、gt;　　2.輸送介質粘度范圍寬廣，能夠輸送高粘度的介質，輸送過程中不易發(fā)生介質破乳。 </p><p>　　3.轉子與轉子之間、轉子與泵腔之間不直接接觸而留有間隙，所以基本無磨損、壽命長、震動小、機械效率高。 </p><p>　　4.安全可靠，能夠長時間運轉。 </p><p>　?。?）介紹了轉子泵具有廣泛應用的原因所在，介紹了轉子泵轉子的多種形式以及應用場合

43、。簡單介紹了理論型線和實際型線，以及轉子的各種術語。并且提出了轉子泵轉子的設計要求。 </p><p>　?。?）圓弧型線和擺線型轉子,工業(yè)泵中應用較多，可用來輸送各種流體、流體與固體混合物、顆粒狀固體，甚至活性體(如魚蝦等)，適用于農業(yè)、污水處理業(yè)、食品加工業(yè)、飲料釀制業(yè)、鑿井業(yè)、化學工業(yè)、建筑業(yè)、造紙業(yè)、資源回收業(yè)、原油開采業(yè)等各行業(yè)的有關流質輸送場合。本文著重對圓弧型線和擺線型線進行研究。</p>

44、;<p>　　第 3 章 轉子泵的轉子型線方程</p><p>　　3.1 轉子泵的轉子型線 </p><p>　　轉子是轉子泵的核心部件，轉子型線決定轉子泵的性能指標。轉子型線是指轉子橫斷面的外輪廓線。轉子泵轉子有理論型線和實際型線。兩轉子在運轉中相互嚙合而沒有間隙的型線稱為理論型線。將理論型線進行修正，以保證裝配后的實際間隙數值能滿足使用要求，則修正的型線即為實際型線[

45、1]。實際生產的轉子泵轉子使用的都是實際型線。 </p><p>　　轉子泵工作時，兩轉子在等速轉動過程中，任一瞬時，轉子泵轉子理論型線必須滿足以下兩個基本條件：（1）兩轉子有唯一的接觸點；（2）兩轉子接觸點處的速度矢量在接觸點公法線方向上投影為零[3]。所以兩轉子的理論型線必須是共軛曲線。 </p><p>　　轉子泵的轉子型線有橢圓形、凸輪形、圓弧形、擺線形、漸開線形、蝶形等多種，葉數

46、多為 2～3 葉，部分產品也有 4～5 葉（凸輪及蝶形可為 1 葉） [3]。當轉子葉數為3 葉或 3 葉以上時轉子可以做成螺旋式。高粘度介質的輸送多采用雙葉轉子形式；當輸送液體粘度較低并且要求排出壓力較大時，可以采用三葉轉子形式。增加轉子葉數或選用螺旋式，能改善流質輸送的不均勻性[15][16]。 </p><p>　　漸開線型的轉子腔容積利用系數較高，在鼓風機中應用較多；而圓弧型線和擺線型轉子,工業(yè)泵中應用較

47、多，可用來輸送各種流體、流體與固體混合物、顆粒狀固體，甚至活性體(如魚蝦等)，適用于農業(yè)、污水處理業(yè)、食品加工業(yè)、飲料釀制業(yè)、鑿井業(yè)、化學工業(yè)、建筑業(yè)、造紙業(yè)、資源回收業(yè)、原油開采業(yè)等各行業(yè)的有關流質輸送場合 [17] 。 </p><p>　　因為有同步齒輪的驅動，轉子泵的兩轉子間可以保持一定的間隙，這樣既有利于高粘度液體的輸送，又使轉子泵的轉子無須潤滑就能工作。這樣既解決了潤滑問題，又可以不污染轉子泵所輸送的

48、介質。</p><p>　　在轉子橫斷面圖形上，凸起的部分稱為葉峰，凹入的部分稱為葉谷。在理論曲線下，兩轉子相互對滾時，一個轉子的葉峰與另一個轉子的葉谷相嚙合，相當于有兩個半徑相等的圓相互作純滾動。這樣的圓稱為節(jié)圓，兩節(jié)圓的切點稱為節(jié)點。過葉峰最凸點所作的圓稱為葉頂圓，過葉谷最凹點所作的圓稱為葉根圓。葉峰的對稱線稱為長軸，葉谷的對稱軸稱為短軸 [18][19]。 </p><p>　　在對

49、轉子泵的轉子進行設計，確定轉子型線時，還必須考慮一下幾個要求： </p><p>　　1.轉子泵應該有優(yōu)良的工作性能指標，轉子泵泵腔的利用率要盡可能的高，及轉子所占的體積要盡可能的小。 </p><p>　　2.轉子型線要有良好的幾何對稱性，以保證轉子泵的運轉平穩(wěn)，盡可能的減小噪音。 </p><p>　　3.轉子的設計要盡可能的系列化，具有優(yōu)良的互換性，以減少設計

50、和生產成本，方便產品的快速設計、成產。 </p><p>　　4.轉子的葉鋒、葉谷要具有足夠的強度。 </p><p>　　5.轉子要容易制造，易得到較高的精度。</p><p>　　3.2基本尺寸關系 </p><p>　　圓弧轉子型線的葉峰為圓弧線，葉谷為圓弧包絡線。葉峰位于節(jié)圓以外，葉谷位于節(jié)圓以內，兩者在節(jié)圓處相接。圓弧型線的葉峰圓弧

51、的圓心位于長軸之上。圓弧型線示意圖.見圖 3.1</p><p>　　圖3.1三葉圓弧型線示意圖</p><p>　　設轉子的葉數為z，轉子葉頂圓半徑為，轉子葉峰圓半徑r ，兩轉子中心距2a，轉子葉峰圓弧的圓心到轉子中心距離為b 。這些參數之間的關系是：</p><p><b>　?。?-1） </b></p><p>

52、　　聯立以上兩式，可得：</p><p>　　設節(jié)圓半徑為，葉根圓半徑為，則有：</p><p>　　3.3 圓弧型線方程 </p><p>　　3.2.1 理論型線方程 </p><p>　　1. 葉峰理論型線方程。如圖 3.1所示，在坐標系中，葉峰的理論型線的參數方程為：</p><p><b>　　(

53、3-2)</b></p><p><b>　　式中: </b></p><p>　　2. 葉谷理論型線方程。</p><p>　　如圖 3.2 所示，以轉子為參照物建立坐標系，當轉子沿順時針方向轉過角度α ，轉繞軸心沿逆時針方向自轉角度α 。</p><p>　　葉峰與葉谷相互嚙合，設嚙合點為。兩共軛曲線在

54、點的公法線必定通過節(jié)點，并經過葉峰的圓心 ，因此三點落在同一條直線上。葉峰與葉谷相互嚙合，設嚙合點為。兩共軛曲線在點的公法線必定通過節(jié)點，并經過葉峰的圓心 ，因此三點落在同一條直線上。</p><p>　　圖3.2圓弧型線轉子嚙合示意圖</p><p>　　葉峰與葉谷相互嚙合，設嚙合點為。兩共軛曲線在點的公法線必定通過節(jié)點，并經過葉峰的圓心 ，因此三點落在同一條直線上。 </p>

55、;<p>　　過點做的平行線交的延長線于點 M ，與軸成夾角β 。過點做 軸的平行線，交軸于點D。過點做軸的平行線，交于點Q。過點M 做 軸的平行線交的延長線于點E ，做軸的垂直線MF 。過點G 做軸的平行線，交的反向延長線于點N 。點P 是線段的中點，可以寫出：</p><p><b>　　所以有:</b></p><p><b>　?。?-

56、3） </b></p><p>　　因為有，所以 ，嚙合點在坐標系中的坐標為：</p><p><b>　?。?-4）</b></p><p>　　嚙合點在坐標系 中的坐標軌跡即為葉谷理論型線的參數方程，其中標軌跡即為</p><p>　　3.2.2 實際型線方程</p><p>　　

57、如圖 3.3 所示，設兩轉子之間的間隙為δ ，葉峰的實際半徑為，形成葉谷實際型線的共軛圓弧半徑為，則有：</p><p>　　圖3.3圓弧型線轉子的實際線性</p><p>　　參照式（3-2），可得出葉峰的實際型線方程：</p><p>　　參照式（3-4），可以得出葉谷實際型線方程：</p><p>　　3.4 徑距比的選取 </p

58、><p>　　轉子葉頂圓直徑D和兩轉子中心距 2a之比，稱為徑距比</p><p>　　3.3.1 葉谷曲率半徑</p><p>　　圖3.4圓弧型線轉子速度分析圖</p><p>　　如圖 3.12 所示，以轉子 為參考系，當兩轉子中線繞點旋轉時，節(jié)點 P 在轉子的節(jié)圓上運動。過轉子 的葉峰圓圓心和節(jié)點 P 作直線 L ，交以為圓心，長度b 為

59、半徑的圓于點為，所以有。 當線段以角速度ω 繞點1O 旋轉時，線段 以角速度 2ω 繞點旋轉，直線 L 上P 點和 S 點的線速度分別為：</p><p>　　從點引直線 L 的垂線并與之交于點 H ，令 在與 L 垂直方向上的分量為：</p><p><b>　　故:</b></p><p>　　設直線L與轉子的葉谷交于 G 點，則 L 為

60、葉谷在 G 點的法線，且。此時，直線L的瞬時旋中心 ，也就是該葉谷在 G 點的曲率中心，應為直線 L 在兩個無限接近位置上的交點。點P 和點S 的線速度分量又可寫為：</p><p><b>　　故有: </b></p><p>　　聯立上述兩個等式，得到: </p><p>　　轉子的葉谷在 G 點的曲率半徑為：</p><

61、;p><b>　　在中, </b></p><p><b>　　即: </b></p><p><b>　　故: </b></p><p>　　3.3.2 拐點和駐點存在的條件 </p><p>　　型線上曲率半徑無窮大（ ρ =∞）的點稱為拐點，曲率半徑為零（ ρ =0

62、）的點稱為駐點。 1. 拐點存在的條件。設時 ρ =∞，則 ，即。 在 中，當 α =0（點 G 位于連線之上）時， 達到 g 的最小值；當（G 點與P點重合）時， 達到 g 的最大值 。 由于 應滿足，即的關系，因此拐點存在的條件是：</p><p>　　由式（3-1）可知，前者為恒成立的不等式。后一個不等式可以化為：</p><p>　　2.駐點的存在條件。設</p>

63、<p><b>　　令</b></p><p><b>　　得</b></p><p>　　分析式（3-24），有三種情況： </p><p>　?。?）當時， ρ >0，葉谷上沒有駐點； </p><p>　　（2）當時， ρ =0，半個葉谷上有一個駐點；</p>&

64、lt;p>　　3）當時，存在兩個 g 值（不等于 ），是，即 ρ =0。此時半個葉谷上有兩個駐點。</p><p>　　所以駐點存在（ ρ =0）的條件為：</p><p><b>　　即：</b></p><p><b>　　故有：</b></p><p>　　即：（z=3時，=0.9669

65、）</p><p>　　3.3.3 徑距比的適用范圍 </p><p>　　圖 3.12 中，當曲率中心 位于型線（ G 點）左側時， ρ >0，葉谷呈凸形；當位于G 點右側時， ρ <0，葉谷呈凹形。若G 點位置變化時，ρ 改變符號，則葉谷凹凸并存。而ρ 要改變符號，必須經過 ρ =∞（拐點）或 ρ =0(駐點)來實現。 </p><p>　　1.當時

66、，葉谷呈凸形，當 時，雖然葉谷與葉根半徑交點處的曲率半徑 ρ =∞,但此處并非凹凸并存，而是雙邊凸形的。這樣的葉型密封狀況差，面積利用系數小，一般很少采用。</p><p>　　2.當時，葉谷型線上有拐點，沒有駐點，并且凹凸并存，可以和葉峰型線光滑連接。轉子運轉時，葉谷凹面與另一葉峰相互嚙合，密封區(qū)域較長。葉型面積</p><p>　　利用系數也比較大，因此實際應用較廣。 </p&g

67、t;<p>　　3.當時，葉谷上有拐點和駐點存在，型線凹凸并存。但圓弧包絡線成交叉狀，其中 為包絡線上 ρ =0的兩個駐點，線段與的交點為 。葉谷實際型線是，在處呈尖角狀（稱之為角點），嚙合時密封性能很差。這樣的葉型面積利用系數較大，如果采用，必須對角點部分進行修正。 </p><p>　　4.當時，角點會顯得非常突出，這樣的葉型不能使用。 可見，的適用范圍為。在適用范圍內葉谷凹凸并存，沒有角點。&

68、lt;/p><p><b>　　3.5本章小結</b></p><p>　　對圓弧葉型就行了理論分析，得出了和圓弧葉型的理論型線、實際型線以及面積利用系數。圓弧葉型的面積利用系數和徑距比有關，隨著選取徑距比的增大，面積利用系數增大，但徑距比不能一味的增大，也不能過小，必須控制在一定的范圍內，否則設計出的型線無法使用。并且兩葉和三葉的面積利用系數相差不大。所以，圓弧葉型適合

69、設計成和三葉的。</p><p>　　第四章主要零部件校核</p><p><b>　　4.1齒輪校核</b></p><p>　　4.1.1選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數</p><p>　　1>按傳動方案：選用直齒圓柱齒輪傳動。壓力角取20°</p><p>　　2>

70、轉子泵為一般工作機器，速度不高，故選用7級精度（GB 10095-88）。</p><p>　　3>材料選擇：由《機械設計》191頁表10-1選擇齒輪材料為45鋼（調質）硬度240 HBS。</p><p>　　4>齒數選擇：Z=30 </p><p>　　4.1.2按齒面接觸強度設計</p><p>　　由《機械設計》第九版設計

71、計算公式（10-11）進行試算齒輪分度圓直徑，即</p><p>　　4.1.3確定公式內的各計算數值</p><p>　?。?）試選載荷系數。</p><p>　　（2）由《機械設計》第九版圖10-20選取區(qū)域系數。</p><p>　?。?）由《機械設計》第九版圖10-26查得。</p><p>　?。?）計算小齒

72、輪傳遞的轉矩。</p><p>　?。?）由《機械設計》第九版表10-7 選取齒寬系數</p><p>　?。?）由《機械設計》第九版表10-5查得材料的彈性影響系數</p><p>　?。?）計算接觸疲勞許用應力由《機械設計》第九版圖10-25d按齒面硬度查得齒輪1的接觸疲勞強度極限 ；齒輪2的接觸疲勞強度極限。</p><p>　　(8)

73、由《機械設計》第九版式（10-15）計算應力循環(huán)次數。</p><p>　?。?）由《機械設計》第八版圖（10-19）取接觸疲勞壽命系數; 。</p><p>　?。?0）計算接觸疲勞許用應力。</p><p>　　取失效概率為1%，安全系數S=1，由《機械設計》第九版式（10-14）得</p><p>　?。?1）許用接觸應力取二者較小者作

74、為該齒輪副的接觸疲勞許用應力</p><p>　　4.1.4試算小齒輪分度圓直徑</p><p>　?。?）試算小齒輪分度圓直徑</p><p><b>　　==68.763</b></p><p><b>　　（2）計算圓周速度</b></p><p><b>　

75、　（3）計算齒寬</b></p><p>　?。?）計算載荷系數K。</p><p>　　已知使用系數根據v= 3.45 m/s,7級精度，由《機械設計》第九版圖10-8查得動載系數</p><p><b>　　齒輪的圓周力：</b></p><p>　　由《機械設計》第九版表10-4查得的值與齒輪的相同，故

76、</p><p>　　由《機械設計》第九版表10-3查得.故載荷系數</p><p>　　11.111.41.42=1.191</p><p>　　（5）按實際的載荷系數校正所算得分度圓直徑，由式（10-12）得</p><p><b>　?。?）計算模數</b></p><p>　　4.1.5按

77、齒根彎曲強度設計</p><p>　　《機械設計》第九版由式（10-7）</p><p>　　4.1.6確定計算參數</p><p>　?。?）計算載荷系數。</p><p><b>　　試選</b></p><p>　　（2）從《機械設計》第九版根據縱向重合 </p><p

78、><b>　?。?）查齒形系數。</b></p><p>　　由《機械設計》第九版圖10-17查得</p><p>　?。?）查取應力校正系數。</p><p>　　由《機械設計》第九版圖10-18查得</p><p>　?。?）由《機械設計》第九版圖10-24c查得齒輪1的彎曲疲勞強度極限 ；齒輪2的彎曲強度極

79、限 ；</p><p>　?。?）由《機械設計》第八版圖10-18取彎曲疲勞壽命系數 ，；</p><p>　?。?）計算彎曲疲勞許用應力。</p><p>　　取彎曲疲勞安全系數S＝1.4,由《機械設計》第八版式（10-12）得</p><p>　?。?）計算齒輪的 并加以比較。</p><p><b>

80、;　　=</b></p><p>　　由此可知齒輪2的數值大于齒輪1的數值，故取齒輪2的數值。</p><p><b>　　4.1.7設計計算</b></p><p>　　對比計算結果，由齒面接觸疲勞強度計算的法面模數 大于由齒面齒根彎曲疲勞強度計算 的法面模數，取1.5，已可滿足彎曲強度。但為了同時滿足接觸疲勞強度，需按接觸疲勞

81、強度得的分度圓直徑100.677mm 來計算應有的齒數。</p><p><b>　　取 ，則 </b></p><p>　　4.1.8幾何尺寸計算</p><p>　　4.1.8.1計算齒輪的分度圓直徑</p><p>　　4.1.8.2計算中心距</p><p><b>

82、　　a=</b></p><p>　　將中以距圓整為100mm.</p><p>　　4.1.8.3計算齒輪寬度</p><p>　　考慮不可避免的安裝誤差，為了保證設計齒輪2和節(jié)省材料一般將小齒輪略微加寬（5-10mm）但本設計是共軛齒輪 不比考慮.故</p><p>　　4.1.9按圓整中心距后的校核強度</p>

83、<p>　　4.1.9.1齒面接觸疲勞強度校核</p><p>　　按前述做法，先計算式（10-10）中參數，計算結果如下：</p><p>　　11.111.41.42=1.191==68.763</p><p><b>　　， </b></p><p><b>　　代入下式：</

84、b></p><p>　　齒面接觸疲勞滿足要求，并且齒面接觸應力比標準齒輪有所下降</p><p>　　4.1.9.2齒根彎曲疲勞校核強度</p><p>　　按前述做法先計算式（10-6）中的各參數 </p><p>　　齒根彎曲疲勞強度滿足要求。</p><p>　　4.1.10主要設計結論</p>

85、;<p>　　齒數 模數 齒寬</p><p><b>　　中心距a=</b></p><p>　　齒輪選用40Cr（調制）齒輪按7及精度設計 齒寬 </p><p><b>　　4.2軸的校核</b></p><p><b>　　4.2.1主動軸</b

86、></p><p>　　4.2.1.1求輸出軸上的功率轉速和轉矩</p><p>　　若取每級齒輪的傳動的效率,則</p><p>　　4.2.1.2求作用在齒輪上的力</p><p>　　因已知齒輪的分度圓直徑為</p><p>　　圓周力 ,徑向力 及軸向力 的</p><p>　

87、　4.2.1.3初步確定軸的最小直徑</p><p>　　先按式初步估算軸的最小直徑.選取軸的材料為45鋼,調質處理.根據《機械設計》第八版表15-3,取 ,于是得</p><p>　　輸出軸的最小直徑顯然是安裝聯軸器處軸的直徑.為了使所選的軸直徑與聯軸器的孔徑相適應,故需同時選取聯軸器型號.</p><p>　　聯軸器的計算轉矩, 查表考慮到轉矩變化很小,故

88、取 ,則:</p><p>　　按照計算轉矩應小于聯軸器公稱轉矩的條件,查標準GB/T 5014-2003或手冊,選用LX4型彈性柱銷聯軸器,其公稱轉矩為2500000 .半聯軸器的孔徑 ,故取 ,半聯軸器長度 L=112mm ,半聯軸器與軸配合的轂孔長度.</p><p>　　4.2.2從動軸與主動軸相似故設計相同</p><p>　　4.2.2.1求輸出軸上

89、的功率轉速和轉矩</p><p>　　若取每級齒輪的傳動的效率,則</p><p>　　4.2.2.2求作用在齒輪上的力</p><p>　　因已知齒輪1的分度圓直徑為</p><p>　　圓周力 ,徑向力 及軸向力 的</p><p>　　4.2.2.3初步確定軸的最小直徑</p><p>

90、;　　先按式初步估算軸的最小直徑.選取軸的材料為45鋼,調質處理.根據《機械設計》第九版表15-3,取 ,于是得</p><p>　　4.2.2.4軸的結構設計</p><p>　　根據軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度</p><p>　　1)根據聯軸器為了滿足半聯軸器的軸向定位要示求,1-2軸段右端需制出一軸肩,故取2-3段的直徑 ;左端用軸端擋圈,按軸

91、端直徑取擋圈直徑D=35mm.半聯軸器與軸配合的轂孔長度,為了保證軸端擋圈只壓在半聯軸器上而不壓在軸的端面上,故1-2 段的長度應比 略短一些,現取.</p><p>　　2)初步選擇滾動軸承.因軸承同時受有徑向力和軸向力的作用,故選用單列圓錐滾子軸承.參照工作要求并根據,由軸承產品目錄中初步選取 0 基本游子隙組 、標準精度級的單列圓錐滾子軸承30313。其尺寸為dDT=32mm75mm20mm，故 ；而。

92、因軸承同時受有徑向力和軸向力的作用,故選用單列圓錐滾子軸承.參照工作要求并根據,由軸承產品目錄中初步選取 0 基本游子隙組 、標準精度級的單列圓錐滾子軸承30313。其尺寸為dDT=40mm79mm26mm，故 ；而。</p><p>　　3）取安裝齒輪處的軸段4-5段的直徑 ；齒輪的右端與左軸承之間采用套筒定位。已知齒輪輪轂的寬度為40mm，為了使套筒端面可靠地壓緊齒輪，此軸段應略短于輪轂寬度，故取 。

93、齒輪的左端采用軸肩定位，軸肩高度 ，故取h=5mm ，則軸環(huán)處的直徑 。軸環(huán)寬度 ，取。</p><p>　?。?）軸上零件的周向定位</p><p>　　齒輪、半聯軸器與軸的周向定位均采用平鍵連接。按查表查得平鍵截面b*h=8mm12mm，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長為L=63mm,同時為了保證齒輪與軸配合有良好的對中性，故選擇齒輪輪轂與軸的配合為 ；同樣，半聯軸器與軸的連接，選用平

94、鍵為6mm9mm17mm，半聯軸器與軸的配合為。滾動軸承與軸的周向定位是由過渡配合來保證的，此處選軸的直徑公差為m6。</p><p><b>　　4.3 本章小結</b></p><p>　　主要設計轉子泵的主要零件軸和齒輪的尺寸、校核的轉子泵的主要零件軸和齒輪的強度.</p><p>　　第 5章 轉子泵三維設計</p>&

95、lt;p>　　5.1 SolidWorks 簡介 </p><p>　　SolidWorks 軟件是世界上第一個基于 Windows 開發(fā)的三維 CAD 系統(tǒng)，并且SolidWorks 件功能強大，組件繁多。SolidWorks 功能強大、易學易用和技術創(chuàng)新SolidWorks 的三大點，使得 SolidWorks 成為領先的、主流的三維 CAD 解決方案。SolidWorks 能夠提供不同的設計方

96、案、減少設計過程中的錯誤以及提高產品質量。同時SolidWorks 對每個工程師和設計者來說，操作簡單方便、易學易用。 </p><p>　　除了進行產品設計外，SolidWorks 還集成了強大的輔助功能，可以對設計的產品進行三維瀏覽、運動模擬、碰撞和運動分析、受力分析等。 </p><p>　　SolidWorks 能夠提供不同的設計方案、減少設計過程中的錯誤以及提高產品質量。使用 S

97、olidWorks，用戶能在比較短的時間內完成更多的工作，能夠更快地將高質量的產品投放市場。 </p><p>　　采用 SolidWorks 對于產品的設計生產而言，突出體現以下幾大優(yōu)點： </p><p>　　1、縮短新產品的研制周期，有利于產品的更新換代和技術改進、改型； </p><p>　　2、提高產品的質量； </p><p>　

98、　3、提高設計人員的工作效率； </p><p>　　4、降低生產成本； </p><p>　　5、增強產品的市場競爭能力； </p><p>　　6、提高企業(yè)的整體技術水平。 </p><p>　　在 SolidWorks 中，當生成新零件時，可以直接參考其他零件并保存這種參考關系。在裝配的環(huán)境里可以方便地設計和修改零件。在裝配體中可以動態(tài)

99、地看裝配體的所有運動，并且可以對運動的零部件進行動態(tài)的干涉檢查和間隙檢測。</p><p><b>　　5.2轉子泵設計</b></p><p>　　慮到轉子泵所輸送介質的種類，以及衛(wèi)生防腐等的需求，轉子材料宜選用不銹鋼材料。如有防腐要求，也可選用其他材料，并對轉子表面進行處理，如鍍或覆蓋防腐材料</p><p>　　圖5.1三葉圓弧轉子設計圖

100、</p><p>　　轉子泵泵蓋、泵殼體造型結構要求比較復雜，必須考慮其腐蝕、衛(wèi)生以及封等要求。泵腔要求正好能夠容納轉子并要留合適的間隙，間隙的選取可參考轉子間隙章節(jié)。泵殼的進出口的連接方式要根據具體應用場合設計。轉子泵泵蓋、泵殼一般選用不銹鋼材料。</p><p><b>　　圖5.2轉子泵泵殼</b></p><p>　　圖5.3轉子泵泵殼

101、端蓋</p><p>　　轉子泵齒輪箱與轉子泵泵殼體是分開的，內部齒輪采用飛濺潤滑，鑄造成型，灰口鑄鐵鑄造，采用 HT200 材料。</p><p>　　圖5.4轉子泵齒輪箱</p><p>　　圖5.5轉子泵車輪箱端蓋(主動軸) 圖5.6轉子泵車輪箱端蓋(從動軸)</p><p>　　圖5.7轉子泵軸承支撐件</p><

102、p>　　軸為轉子泵的重要傳動部件，轉子泵有兩根軸，主動軸和從動軸。主動軸通過連軸器連接動力源，并將轉速與扭矩通過同步齒輪傳動給從動軸。主動軸和從動軸分別通過花鍵和轉子連接，將動力傳動給轉子。在軸的設計過程中要注意花鍵和平鍵在徑向上的角度關系，使齒輪和轉子有合適的相對角度，以保證裝配后轉子在正常的工作位置上</p><p><b>　　圖5.8主動軸</b></p><

103、;p>　　在 SolidWorks 中完成轉子泵零部件的三維建模后，即可在 SolidWorks 中進行轉子泵裝配。首先插入泵殼進行定位，其他零件的裝配均已泵殼為基準。然后依次插入齒輪箱，泵蓋等部件添加配合。 為了便于裝配和減少裝配的工作量，建立多個裝配體，分別裝配兩個軸以及軸系零件和轉子。裝配的過程中，要按照預先設計轉子與軸、齒輪與軸的相對位置關系，以保證能夠正確的裝配，以免發(fā)生非設計性錯誤的轉子干涉。然后在將多個裝配體進行裝配

104、。</p><p>　　采用這種方法可以實現同系列的產品，在只從新裝配轉子就可實現新產品的裝配，可提高工作效率。 在裝配主裝配體的工作中，添加兩轉子的斷面重合。根據前面設計的同步齒輪，兩轉子間添加距離配合為100。裝配結束后，調整兩個轉子的相對位置，使兩轉子處以正常的相對位置，并也要保證同步齒輪基本處于嚙合狀態(tài)，當進行后面的三維碰撞仿真時，會自動調節(jié)為良好的相切嚙合狀態(tài)。 裝配好轉子泵的三維裝配圖如圖 5.8 所

105、示。</p><p>　　圖5.8轉子泵裝配體</p><p><b>　　5.5 本章小結 </b></p><p>　　針對前面章節(jié)所繪制的轉子型線，進行了轉子三維模型建立。并設計了轉子泵其他部件的三維模型，進行了裝配。</p><p><b>　　第五章 總結 </b></p>

106、<p>　　本文在分析了圓弧轉子泵的工作原理和內、外轉子齒廓形成機理的基礎上，對圓弧轉子泵的關鍵部件——內、外轉子進行設計及深入研究，采用優(yōu)化方法對圓弧轉子泵結構進行改進設計；基于 Solidworks 軟件開發(fā)了內、外轉子專用建模軟件；最后對所設計的圓弧轉子泵流場特性進行了仿真分析，并與產品技術性能的測試數據進行比較以驗證仿真分析的正確性。通過對圓弧轉子泵的設計理論和方法進行基礎研究，獲得了如下結論： </p>

107、<p>　?、?基于包絡嚙合理論推導了內轉子漸開線齒廓方程，并結合國內外相關研究分析了圓弧轉子泵的基本參數選擇方法；研究了短幅外擺線齒廓曲率半徑對內轉子廓形的影響，得到避免內轉子齒形產生頂切的約束方法。 </p><p>　?、?通過優(yōu)化分析的方法獲取了創(chuàng)成系數和弧徑系數的最佳值，并采用優(yōu)化方法對原有設計方案進行改進設計，結果表明優(yōu)化方案在不突破原邊界尺寸的條件下可使圓弧轉子泵排量指標獲得提升。

108、 </p><p>　?、?定性分析了進、排油腔結構對圓弧轉子泵容積效率的影響，提出了一種依次由漸開轉子齒廓內等距線、圓弧過渡線和外轉子圓弧齒廓內等距線光順連接而成的新型封油曲線，有利于最大程度地利用進油慣性從而提高圓弧轉子泵的容積效率。</p><p><b>　　致 謝 </b></p><p>　　感謝機械電子工程專業(yè)全體學生以及我

109、的舍友在學習和生活我的關心和幫助，使得我的研究生生活充滿了溫暖和歡樂。我非常珍視他們的友誼，祝福他們今后工作順利！生活幸福美滿！。 衷心感謝宋愛平教授對本論文細心的評閱和寶貴指導，對本文的稿提供了莫大的幫助。 感謝培育我的母校揚州大學廣陵學院，給我提供了良好的習環(huán)境和活條件。 感謝我的父母多年來對我的養(yǎng)育和艱辛付出，你們關懷和支持給了在遠方學習的我以熱愛生活的理念和不斷前行的動力。 感謝所有關心與支持我的人們。 </p>

110、<p>　　最后，向審閱本論文以及參加論文答辯的專家、老師們致以真誠謝意！ </p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 趙永東.螺旋式三葉羅茨泵設計與轉子 CAD 研究.哈爾濱工程大學，2001 </p><p>　　[2] 徐秀生，張維學，鄒云詳. 外環(huán)流高粘度轉子泵的研制. 石油化工設備技術

111、，2001,22</p><p><b>　　（3）：32~36</b></p><p>　　[3] 張鐵柱，張洪信，趙紅. 非接觸式轉子泵轉子理論型線與實際型線設計. 機械工程學</p><p>　　報，2002,38(11)：152~155 </p><p>　　[4] 林洪義. 回轉式容積泵理論與設計.

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115、mp; Computer Modelling. 2008.48(2)：19~33 </p><p>　　[9] Decai Li，Haiping Xu，Xinzhi He，et al. Study on the magnetic fluid sealing for dry Roots </p><p>　　pump. Journal of Magnetism and Magnetic Ma