（机械设计及理论专业论文）熔体泵的计算机辅助设计系统开发.pdf

j，rf，f， 学位论文数据集。 中图分类号t q3 2学科分类号 4 6 0 2 0 论文编号 l 0 0 1 0 2 0 0 7 0 4 0 5 密级非保密 学位授予单位代码 1 0 0 10 学位授予单位名称北京化工大学 作者姓名 徐欢学号 2 0 0 4 0 0 0 4 0 5 获学位专业名称机械设计及理论获学位专业代码 0 8 0 2 0 3 课题来源 自选课题 研究方向 塑料机械 论文题目 熔体泵的计算机辅助设计系统开发 熔体泵，计算机辅助设计，参数化设计，圆柱齿轮，螺旋密封，滑动 关键词 轴承 论文答辩日期 2 0 0 7 年5 月3 0 日论文类型开发研究 学位论文评阅及答辩委员会情况 姓名职称工作单位学科专长 指导教师李庆春研究员北京化工大学聚合物成型理论与设备 评阅人1 0 7 m 1 0 0 评阅入2姜南副教授北京化工大学聚合物成型理论与设备 评阅人3 评阅人4 评阅人5 撇员会端夸，i 卜守教授北京服装学院高分子材科 答辩委员1吴大鸣研究员北京化工大学聚合物成型理论与设备 答辩委员2杨小平教授北京化工大学高分子材料 答辩委员3姜南副教授北京化工大学聚合物成型理论与设备 答辩委员4何亚东副研究员北京化工大学聚合物成型理论与设备 答辩委员5 注：一论文类型：1 基础研究2 应用研究3 开发研究4 其它 二中图分类号在( ( 中国图书资料分类法查询 三学科分类号在中华人民共和国国家标准( g b t1 3 7 4 5 - 9 ) 学科分类与代码中 查询 四论文编号由单位代码和年份及学号的后四位组成 哪46 肌60wmi舢8 iiiiy 露 一 - 摘要 熔体泵的计算机辅助设计系统开发 摘要 熔体泵辅助聚合物挤出已在聚合物加工业得到越来越广泛的应 用。由于其特有的增压、计量功能，以及能显著消除挤出压力波动的 特点，使应用熔体泵的挤出系统，几乎能加工所有热塑性塑料。熔体 泵在塑料挤出加工业的应用已涉及造粒、挤板、挤管、吹膜、挤出涂 覆、型材挤出、连续吹塑等领域。 在总结前人研究成果的基础上，本文建立形成了一套比较完整的， 能够进行熔体泵的性能参数和结构参数设计的计算公式与数据，设计 开发了熔体泵计算机辅助设计系统。 该辅助设计系统的主要特点之一是易于操作，方便快捷，能够就熔 体泵的主要结构部件的参数进行求解。该系统中的v b 程序设计部分主 要可以完成以下任务：根据熔体泵排量的设计需求对圆柱齿轮参数进 行优化；对圆柱齿轮的结构参数进行求解；对齿轮轮齿和齿轮轴进行 强度校核；对熔体泵的性能参数进行设计计算；对螺旋密封结构参数 进行优化；对螺旋密封结构参数进行求解；对螺旋密封的密封性进行 检测；对滑动轴承间隙进行求解；对滑动轴承卸荷槽的结构参数进行 求解；对轴承中熔体温升进行求解。 该辅助设计系统的主要特点之二是完成熔体泵主要结构部件的参 数化设计，从而实现了熔体泵中齿轮轴、螺旋密封和滑动轴承三维建 模的自动化。 北京化工大学硕上学位论文 本文所做的研究工作和所开发的熔体泵辅助设计系统可以缩短熔 体泵的设计周期，有助于简化建模过程和提高建模效率，进而显著提 高熔体泵技术参数确定和整体结构设计等方面的工作效率。 关键词：熔体泵，计算机辅助设计，参数化设计，圆柱齿轮，螺旋密 封，滑动轴承 摘要 d e v e l o p m e n to fc o m p u t e r a i d e d d e s i g ns y s t e mf o rm e i rp u m p a bs t r a c t m e l tp u m pa s s i s t e dp o l y m e re x t r u s i o nf l o u r i s h e d i nt h e p o l y m e r p r o c e s s i n g w i t ht h e i rp a r t i c u l a rm e r i t ss u c ha se a s yp r e s s u r er a i s i n ga n d f l o wf l u c t u a t i o ne l i m i n a t i n ge f f e c t ，t h ee x t r u d e rs y s t e mw i t hm e l tp u m p p r o c e s sn e a r l y a l lt h et h e r m o p l a s t i cr e s i n s m e l tp u m p sa r eu s e di na m y r i a do fa p p l i c a t i o ni n c l u d i n gp a l l e t i z i n g ，s h e e te x t r u s i o n ，p i p ee x t r u s i o n ， b l o w nf i l m ，e x t r u s i o nc o a t i n g ，s e c t i o n a lm a t e r i a le x t r u s i o n ，c o n t i n u o u s b l o wm o l d i n g b a s e do nt h ef o r m e rr e s e a r c hb yo t h e rp r e d e c e s s o r s ，t h ep a p e rp r o v i d e s as e to fi n t e g r a t e dc a l c u l a t i v ef o r m u l a sa n dd a t aw h i c hc a ns o l v et h e s t r u c t u r a l p a r a m e t e r a n d p e r f o r m a n c ep a r a m e t e r o fm e l tp u m pa n d c o m p u t e ra i d e dd e s i g ns y s t e mf o rm e l tp u m p i sd e v e l o p e d t h ef i r s tc h a r a c t e r i s t i co ft h ec o m p u t e ra i d e dd e s i g ns y s t e mi so p e r a t i n g e a s i l y , e f f i c i e n ta n di t c a ns o l v et h ep a r a m e t e ro ft h em a i np a r t so fm e l t p u m p t h ev bp r o g r a m m i n gi n t h e s y s t e m c a ns o l v et h ef o l l o w i n g p r o b l e m si n c l u d i n go p t i m i z i n gc y l i n d r i c a lg e a rp a r a m e t e rb a s e do n t h e d i s p l a c e m e n to fm e l tp u m p ，s o l v i n gt h es t r u c t u r a lp a r a m e t e ro fc y l i n d r i c a l g e a r so fm e l tp u m p ，s t r e n g t hc a l c u l a t i o n o fg e a rt o o t ha n dg e a rs h a f t ， i i i 北京化工大学硕士学位论文 s o l v i n gt h ep e r f o r m a n c ep a r a m e t e ro fm e l tp u m p ，s t r u c t u r a lp a r a m e t e r o p t i m i z a t i o no fs p i r a ls e a l ，s o l v i n gt h es t r u c t u r a lp a r a m e t e ro fs p i r a ls e a l ， l e a k a g et e s to fs p i r a ls e a l ，s o l v i n gb u s hb e a r i n gc l e a r a n c eo fm e l tp u m p ， s o l v i n gt h es t r u c t u r a lp a r a m e t e ro fr e l i e fg r o o v eo fb u s hb e a r i n g ，s o l v i n g t h et e m p e r a t u r er i s eo fl u b r i c a t i n gm e l ti nt h eb u s hb e a r i n g t h es e c o n dc h a r a c t e r i s t i ci st h a tt h ec o m p u t e ra i d e dd e s i g ns y s t e mc a n c o m p l e t et h ep a r a m e t r i cd e s i g no ft h em a i np a r t so fm e l tp u m pa n dr e a l i z e t h ea u t o m a t i o no ft h et h r e e - d i m e n s i o n a lm o d e l i n go fg e a rs h a f t ，s p i r a ls e a l ， b u s hb e a r i n g t h er e s e a r c he f f o r ta n dt h ec o m p u t e ra i d e dd e s i g ns y s t e mf o rm e l t p u m pi nt h ep a p e rw h i c hc a ns h o r t e nt h ed e s i g nc y c l eo fm e l tp u m ph e l p s i m p l i f yt h em o d e l i n gp r o c e s sa n di m p r o v et h em o d e l i n ge f f i c i e n c y ，a n d e v i d e n t l yi m p r o v et h ew o r ke f f i c i e n c yi n t h ec o n f i r m a t i o no ft e c h n i c a l p a r a m e t e r a n dt h eo v e r a l ls t r u c t u r a ld e s i g no fm e l tp u m p k e yw o r d s ：m e l tp u m p ，c o m p u t e ra i d e dd e s i g n ，p a r a m e t r i cd e s i g n ， c y l i n d r i c a lg e a r ，s p i r a ls e a l ，b u s hb e a r i n g i v q j t l l ， 目录 目录 第一章绪论。1 1 1 计算机辅助设计技术1 1 1 1 计算机辅助设计技术概述1 1 1 2c a d 技术的发展历程1 1 1 3国内c a d 技术应用的现状2 1 2c a d 二次开发技术。3 1 2 1 q 气d 二次开发的意义3 1 2 2国内外c a d 二次开发研究现状4 1 3 熔体泵应用技术的发展与现状4 1 4 课题的背景及意义5 第二章二次开发平台及开发语言的选择。7 2 1 二次开发的概念7 2 1 1 二次开发的含义。7 2 1 2 二次开发的特点7 2 1 3 二次开发的一般原则8 2 2 二次开发的一般方法。9 2 3 二次开发支撑软件的选择9 2 4 s o l i d w o r k s 二次开发技术【引1 0 2 4 1 常用开发工具简介。1 0 2 4 2 运用v b 编程语言对s o l i d w o r k s 进行二次开发的过程1 1 第三章熔体泵。1 2 3 1 熔体泵简介1 2 3 1 1 熔体泵的结构特点1 2 3 1 2 熔体泵的工作原理1 3 3 1 3 熔体泵在塑料加工生产中已有的实际应用。1 3 v 北京化工人学硕士学位论文 3 2 熔体泵性能参数的计算方法1 4 3 2 1高聚物的流变行为1 4 3 2 2 熔体泵流量的计算1 5 3 2 3 熔体泵所需扭矩和驱动功率的计算1 8 3 4 熔体泵的主要功能及特点1 9 3 5 本章小结2 2 第四章熔体泵齿轮的选择及其参数化设计过程2 3 4 1 熔体泵齿轮参数2 3 4 1 1 根据熔体泵的排量需求对圆柱齿轮参数进行优化。2 3 4 1 2 运用v b 编程完成熔体泵圆柱齿轮的结构参数设计2 5 4 1 2 1 熔体泵变位圆柱齿轮参数的计算公式2 5 4 1 2 2 齿轮变位的限制条件2 6 4 1 2 - 3 圆柱齿轮结构参数设计程序的运行结果2 7 4 1 2 4 运用v b 编程完成齿轮参数圆整2 8 4 1 3 运用v b 编程完成熔体泵的性能参数设计2 9 4 1 4 轮齿和齿轮轴强度计算3 0 4 1 4 1圆柱齿轮传动的强度计算3 0 4 1 4 2 齿轮轴的强度计算【12 。3 1 4 2 熔体泵圆柱齿轮的参数化设计3 3 4 2 1 运用v b 编程语言对s o l i d w o r k s 进行二次开发的过程3 3 4 2 2 熔体泵圆柱齿轮的参数化设计过程3 4 4 2 2 1 绘制渐开线齿轮齿廓线方法3 4 4 2 2 2 熔体泵齿轮宏录制过程的三维建模步骤3 4 4 2 2 3 运用s o l i d w o r k s 二次开发技术实现圆柱齿轮的参数化设计。3 6 4 3 本章小结3 6 第五章熔体泵密封的选择及其参数化设计过程3 8 5 1 熔体泵密封的选择。3 8 5 1 1 熔体泵常用的密封类型3 8 5 1 2 熔体泵的密封类型比较3 9 5 2 螺旋密封的相关理论研究3 9 5 2 1 螺旋密封的工作原理d 8 1 3 9 目录 5 2 1 1 机械效应4 0 5 2 1 2 尖角和节流效应4 1 5 2 2 螺旋密封的理论分析4 1 5 3螺旋密封结构参数的优化及密封性检测4 4 5 3 1影响螺旋密封的因素4 4 5 3 2 螺旋密封结构参数的优化4 5 5 3 3 螺旋密封的优化结果。4 6 5 3 4 螺旋密封的密封性检测及结构参数的确定。4 6 5 4 熔体泵螺旋密封的参数化设计。4 7 5 4 1熔体泵螺旋密封宏录制过程的三维建模步骤4 7 5 4 2 运用s o l i d w o r k s 二次开发技术实现螺旋密封的参数化设计4 9 5 5 本章小结。4 9 第六章熔体泵滑动轴承的设计5 0 6 1 滑动轴承的的润滑系统5 0 6 1 1 熔体泵润滑问题的研究5 0 6 1 2 径向滑动轴承形成流体动力润滑的条件和过程5 0 6 1 2 1 流体动力润滑。5 0 6 1 2 2 径向滑动轴承形成流体动力润滑的条件5 l 6 1 2 3 径向滑动轴承形成流体动力润滑的过程5 2 6 1 3 熔体泵润滑槽和回流槽的设计5 2 6 2 滑动轴承的的结构参数5 4 6 2 1 轴承间隙5 4 6 2 1 1 轴承间隙的计算方法5 4 6 2 1 2 运用v b 编程语言完成轴承间隙的求解5 7 6 2 2 卸荷槽的设计5 8 6 2 2 1困油现象的产生、危害及消除方法5 8 6 2 2 2 卸荷槽的结构形式及尺寸6 0 6 2 2 3 卸荷槽的三维模拟6 1 6 3 滑动轴承的的热平衡计算6 3 6 3 1 轴承中各种热量的计算公式6 3 6 3 2 轴承工作时的热平衡条件6 4 6 3 3 运用v b 编程语言完成润滑熔体温升计算6 5 6 4 熔体泵滑动轴承的参数化设计6 6 v v 6 6 6 7 6 7 6 9 7 3 7 6 8 1 8 5 8 6 一 一 目录 c o n t e n t s c h a p t e r1 i n t r o d u c t i o n 1 1 1 c o m p u t e ra i d e dd e s i g nt e c h n o l o g y 。1 1 1 1c o m p u t e ra i d e dd e s i g nt e c h n o l o g ys u m m e r y 。1 1 1 2d e v e l o p m e n t a lc o u r s eo fc a dt e c h n o l o g y 。1 1 1 3a p p l i e dp r e s e n ts t a t u so fd o m e s t i cc a dt e c h n o l o g y 。2 1 2t e c h n o l o g yo fs e c o n d a r yd e v e l o p m e n to fc a d 。+ 。3 1 2 1s i g n i f i c a n c eo fs e c o n d a r yd e v e l o p m e n to fc a d 。3 1 2 2r e s e a r c h f u l s t a t u so fs e c o n d a r yd e v e l o p m e n to fc a d 。4 1 3d e v e l o p m e n ta n dp r e s e n ts t a t u so fg e a rp u m pa p p l i c a t i o nt e c h n o l o g y 。4 1 4b a c k g r o u n da n ds i g n i f i c a n c eo ft h es u b j e c t 。5 c h a p t e r2p l a t f o r mo fs e c o n d a r yd e v e l o p m e n ta n dc h o i c e o f d e v e l o p m e n tl a n g u a g e 7 2 1c o n c e p t i o no fs e c o n d a r yd e v e l o p m e n t 。7 2 1 1 s i g n i f i c a t i o n o fs e c o n d a r yd e v e l o p m e n t 。7 2 1 2f e a t u r eo fs e c o n d a r yd e v e l o p m e n t 7 2 1 3g e n e r a lp r i n c i p l eo fs e c o n d a r yd e v e l o p m e n t 8 2 2g e n e r a lm e t h o do fs e c o n d a r yd e v e l o p m e n t 。9 2 3c h o i c eo fs u p p o r t e ds o f t w a r ea b o u ts e c o n d a r yd e v e l o p m e n t 。9 2 4s o l i d w o r k ss e c o n d a r yd e v e l o p m e n tt e c h n o l o g y 1 0 2 4 1b r i e fi n t r o d u c t i o no fc o m m o nd e v e l o p m e n tt o o l s 1 0 2 4 2p r o c e s so fs e c o n d a r yd e v e l o p m e n tf o rs o l i d w o r k sw i t hv b - 1 1 c h a p t e r3 m e l tp u m p - 12 3 1b r i e fi n t r o d u c t i o no fg e a rp u m p 1 2 3 1 1s t r u c t u r a lf e a t u r eo fg e a rp u m p 1 2 3 1 2 o p e r a t i n gp r i n c i p l eo fg e a rp u m p 1 3 3 1 3p r a c t i c a la p p l i c a t i o no fg e a rp u m pi nt h ep l a s t i cp r o c e s s i n g 。1 4 3 2c a l c u l a t i v em e t h o do fp e r f o r m a n c ep a r a m e t e ro fg e a rp u m p 。1 4 i x 北京化t 大学硕士学位论文 3 2 1r h e o l o g i cb e h a v i o ro fp o l y m e r 。1 4 3 2 2c a l c u l a t i o no fg e a rp u m p sf l u x 。1 5 3 2 3c a l c u l a t i o no fg e a rp u m p st o r q u ea n dd r i v i n gp o w e r 1 8 3 4m a j o rf u n c t i o na n df e a t u r eo fg e a rp u m p 1 9 3 5b r i e fs u m m a r yo ft h i s c h a p t e r 2 2 c h a p t e r4c h o i c eo fg e a rp u m p sg e a r sa n dt h ep r o c e s so fi t s p a r a m e t r i cd e s i g n 。2 3 4 1g e a rp a r a m e t e ro fg e a rp u m p 2 3 4 1 1 c y l i n d r i c a lg e a rp a r a m e t e ro p t i m i z a t i o nb a s e do nd i s p l a c e m e n t 2 3 4 1 2c o m p l e t et h es t r u c t u r a lp a r a m e t e rd e s i g no fg e a rp u m p sc y l i n d r i c a lg e a r 2 5 4 1 2 1c a l c u l a t i v ef o r m u l ao ft h ep r o f i l em o d i f i e dc y l i n d r i c a lg e a r 2 5 4 1 2 2r e s t r i c t i v ec o n d i t i o no fp r o f i l em o d i f i e dg e a r 2 6 4 1 2 3r e s u l to ft h ep r o g r a ma b o u ts t r u c t u r a lp a r a m e t e ro fc y l i n d r i c a lg e a r 2 7 4 1 2 4 r o u n d i n gu pg e a rp a r a m e t e rw i t h v bp r o g r a m 。2 8 4 1 3c o m p l e t et h ep e r f o r m a n c ep a r a m e t e rd e s i g no fg e a rp u m p 2 9 4 1 4s t r e n g t hc a l c u l a t i o no fg e a rt o o t ha n dg e a rs h a f t 3 0 4 1 4 1 s t r e n g t hc a l c u l a t i o no fc y l i n d r i c a lg e a rd r i v e 3 0 4 1 4 2s t r e n g t hc a l c u l a t i o no fg e a rs h a f t 。3 0 4 2p a r a m e t r i cd e s i g no fg e a rp u m p sc y l i n d r i c a lg e a r 。3 3 4 2 p r o c e s so fs e c o n d a r yd e v e l o p m e n tf o rs o l i d w o r k sw i t hv b 3 3 4 2 2p a r a m e t r i cd e s i g np r o c e s so fg e a rp u m p sc y l i n d r i c a lg e a r 。3 4 4 2 2 1m e t h o do fd r a w i n gt h et o o t ho u t l i n eo fi n v o l u t eg e a r 。3 4 4 2 2 2t h r e e d i m e n s i o n a lm o d e l i n go fc y l i n d r i c a lg e a ri nt h ep r o c e s so fr e c o d i n g m a c r o o moo og 3 4 4 2 2 3a c h i e v ep a r a m e t r i cd e s i g no fc y l i n d r i c a lg e a rw i t hs o l i d w o r k ss e c o n d a r y d e v e l o p m e n te c h n o l o g y 3 6 4 3b r i e fs u m m a r yo ft h i sc h a p t e r 3 7 c h a p t e r 5c h o i c eo fg e a rp u m p ss e a la n dt h ep r o c e s so fi t sp a r a m e t r i c d e s i g n 3 8 5 1c h o i c eo fg e a rp u m p ss e a l - 3 8 5 1 1c o m m o ns e a lf o r m so fg e a rp u m p 。3 8 5 1 2t h ec o m p a r i s o nf o rs e a lf o r m so fg e a rp u m p 3 9 x 目录 5 2t h e o r e t i c a ls t u d yo no fs p i r a ls e a l - 3 9 5 2 1 o p e r a t i n gp r i n c i p l eo fs p i r a l s e a l 3 9 5 2 1 1m e c h a n i c a le f f e c t - 4 0 5 2 1 ：2 s h a r pa n g l ea n d t h r o t t l ee f f e c t 。4 1 5 2 2t h e o r e t i c a la n a l y s i so fs p i r a ls e a l 4 1 5 3s t r u c t u r a lp a r a m e t e ro p t i m i z a t i o na n dl e a k a g et e s to fs p i r a ls e a l 。4 4 5 3 1f a c t o r so fi m p a c t i n gs p i r a ls e a l 。4 4 5 3 2s t r u c t u r a lp a r a m e t e ro p t i m i z a t i o no fs p i r a ls e a l 4 5 5 3 3o p t i m i z e dr e s u l to fs p i r a ls e a l 4 6 5 3 4 l e a k a g et e s ta n ds t r u c t u r a lp a r a m e t e ro fs p i r a l s e a l 。4 6 5 4p a r a m e t r i cd e s i g no fg e a rp u m p ss p i r a ls e a l 4 7 5 4 1t h r e e d i m e n s i o n a lm o d e l i n go fs p i r a ls e a li nt h ep r o c e s so fr e c o d i n ga c r o 4 7 5 4 2a c h i e v ep a r a m e t r i cd e s i g no fs p i r a ls e a lw i t hs o l i d w o r k ss e c o n d a r yd e v e l o p m e n t e c h n o l o g y 4 9 5 5b r i e fs u m m a r yo ft h i sc h a p t e r 4 9 c h a p t e r6d e s i g no fg e a rp u m p sb u s hb e a r i n g 5 0 6 1l u b r i c a t i n gs y s t e mo fb u s hb e a r i n g - 5 0 6 1 1s t u d yo ng e a rp u m p sl u b r i c a t i o n 5 0 6 1 2p r o c e s sa n dc o n d i t i o no ff o r m i n gh y d r o d y n