多通道熔体齿轮泵设计与研究

多通道熔体齿轮泵设计与研究,硕士生：指导教师：,20.06,目录,1.绪论,1.1熔体齿轮泵使用场合介绍,PET的主要物理性质,聚酯生产线,聚酯的特点：断裂强度和弹性模量高，耐热和耐光性好，所以在服饰和工业上有着广泛的应用,多通道熔体齿轮泵，主要安装在挤出机前部。其作用主要是挤压输送高粘度，高真空下的缩聚反应生成的聚酯熔体成品。,1.2论文研究的背景和意义,1.3国内外发展现状,国外研究现状,AllanR.Budris和J.M.Mckelvey教授主要针对熔体齿轮泵的容积效率、汽蚀性能进行计算,G.Bolder和HLanghorst.Aachen教授对熔体齿轮泵的主要功能、结构设计、以及适用场合进行了比较详细的研究,HLanghorst.Aachen教授进一步的研究分析，得出熔体齿轮泵进出口压差和泵的容积效率都与该间隙有着很大的关系,A.Kichmanm教授和N.S.Elliso的工程师对熔体齿轮泵中齿轮的承载能力做了相关深入的研究,国内研究现状,马永其通过分析高粘度熔体齿轮泵的结构特点，提出了一种有效的性能分析理论,甘学辉提出了全齿廓拟合齿轮泵模型，为大幅度提高了啮合副的密封性能提供了可行的方案。,李福勇提出了提出了关于高参数齿轮泵输送聚合物的设计程序，同时给出了关键参数的设计计算方法,论文结构,2.基础理论分析,2.1齿轮泵的工作原理与结构,1-吸入腔2-泵腔3-右齿轮4-排出腔5-左齿轮,2.2多通道熔体齿轮泵的工作原理与结构,主要特点,1.用从动齿轮结构平衡径向力,2.形成四个并联的从动轮齿轮泵,1底板，2啮合腔，3中间盖板，4上盖板，5主动轴，6从动轴，7主动齿，8从动齿，9键,主要特点：1.结构紧凑，能够实现一进口八出口的功能。2.可以通过增加从动齿轮数，实现一进口十出口，一进口十二出口的功能。,进口的矩形卸荷槽开在第一层啮合腔的上盖板上，出口的矩形卸荷槽开在第一层啮合腔的底板上,主要特点：1.能够满足卸荷槽结构,采用对称双矩形卸荷槽的结构,2.润滑通道，可以起到对轴起到润滑的作用,2.3多通道熔体齿轮泵基本参数,利用材料分析的仪器设备，对零件做了硬度、金相组织和化学成分方面的试验，确定材料的种类和牌号。,经过检测分析，得到如下的检测结论：（1）金相组织显示，4种样品均为高速工具钢（2）样品泵腔，齿轮，传动轴的元素成分接近，符合瑞典钢号2724，若不考虑Mo元素的偏差，泵腔，传动轴接近国产W6Mo5Cr4V2（Mo：4.5%），德国牌号S6-5-2；齿轮接近国产CW6Mo5Cr4V2（Mo：4.5%），德国牌号SC6-5-2。（3）主动轴从金相组织和其功能分析，判断接近为国产W6Mo5Cr4V2。,粘度是200Pa.s，进口最大压力8MPa，负载压力为13MPa-18MPa，允许压差35MPa，工作温度320C，排量为8x1.8ml，最大需用扭矩为100Nm，转速60rpm。主动轮的齿数为68，模数为0.75，压力角为20，从动轮的齿数为32，模数为0.75，压力角为20。,技术参数:,2.4多通道熔体齿轮泵流量特性的理论分析,主要目的：,2.推导出排量公式可以为齿数、模数的确定提供了理论基础。,1.弄清楚齿数对流量均匀性的影响。,理论准备,相关序号定义,啮合位移分析,目的1,排量的计算公式,不同齿数下的瞬时流量,目的2,流量脉动系数是描述流量品质的重要参数系数之一,流量脉动的频率是指齿轮泵在单位时间内的流量脉动齿数：,泵瞬时流量表达式:,理论准备：,啮合点位移分析：,初始时刻啮合点角位移与主动轮的齿数关系,通过分析可以发现：在、齿数下，在、附近的啮合点的初始位移角的绝对值没有变化，尤其叠加到同一条啮合线上，啮合点在啮合线上的分布状态相同，不影响叠加规律，也就不影响熔体齿轮泵的流量特性。故接下来的分析分为、三种齿数类型进行。,各个从动齿位移交替,各个从动齿位移交替,瞬时流量：,以样机泵为基础，Z1取17，进行对比分析。主动轮的齿数分别为68、69、70、71，小齿数,模数,齿宽，转速n=60r/min。,（c）4k+2（d）4k+3图2-16四种熔体齿轮泵的模拟结果,对于第一类（）熔体齿轮泵，流量脉动系数、脉动频率等与普通外啮合齿轮泵相同；对于第二类（）熔体齿轮泵和第四类（）熔体齿轮泵流量脉动系数、脉动频率等基本相同，流量品质接近；它们的流量脉动系数较普通齿轮泵有特别明显提高，其脉动频率是普通外啮合齿轮泵的8倍；对于第三类（）熔体齿轮泵，其脉动系数较普通齿轮泵也有明显提高，脉动频率是普通外啮合齿轮泵的4倍。,根据瞬时流量的表达式，可以推导出理论排量,代入相关参数，得到更为直接的关系如下：,当Z1=4k、4k+1、4k+3时,当Z1=4k+2时,主动轮转一圈的排量为：,可以计算出m的取值范围在：,3.内部流场数值分析,3.1计算模型,内部流体示意图,侵入式泵体模型,计算模型,侵入式实体是CFX12中新增加的功能，利用该方法，可以不用进行几何重构和网格重新划分而获得将单个连续流体域分割成多个不连续流体域的流体仿真结果。,3.2数值计算前处理,采用ICEM-CFD软件对各过流部件的水体模型进行非结构网格划分,对于单个齿，转过一个通道需要60/60s的时间，将该时间段分解成30个部分，设定单个轮齿转过相同通道6次的时间为总体计算时间，从而形成周期性流动的现象；对于泵内部旋转的齿轮，利用侵入式实体进行模型设定，对于泵内的流体利用静态域进行模型设定，而对于入口和出口的流体通道也利用静态域进行模型设定,3.3数值结果分析,啮合区域一速度云图,啮合区域的流动情况是由轮齿在该区域的啮合位置决定的,实际流量,点1和点2的流量曲线基本重合，点3和点4的流量曲线也基本重合，这说明在这四个出口中，成中心对称的出口，流量特性基本相同,4.接触强度和弯曲强度分析,4.1理论计算,啮合接触强度:,主动轮,从动轮,齿根弯曲强度:,主动轮,从动轮,根据两种应力的计算公式，得出弯曲应力与齿面载荷F成正比，而接触应力与成正比,4.2数值模拟,接触应力的计算模型,接触应力监测点,利用StaticStructural软件，进行数值模拟,齿形方向的Path是按照图中红线指示的方向创建的，轴向的Path是按照图中1、2、3、4点的轴向创建的,齿形监测应力,轴向监测应力,大、小齿轮最大应力出现的位置都是位于距离起点2.25mm左右的地方，通过在二维图上都齿形长度的分析，可以精确的确认出接触应力最大值出现的位置。,红线圆半径表示的是最大接触应力点与起点之间距离，红线圆位于圆2与圆3之间，即说明最大接触应力点为与点2和点3之间，即在齿根过渡段上。,齿根弯曲应力的分析模型,弯曲应力监测点,齿形的应力监测,5.热特性分析,5.1参数设定及热载荷加载,计算模型,实体模型施加的热载荷主要有Temperature和