ANSYS创新课程.doc

基于ANSYS的结构力学创新设计内啮合摆线转子齿轮泵结构静力学分析学生姓名 学 院 理学院 专业班级 工程力学10级00班 指导教师 时 间 2013 年 秋季 学期 前 言近年来，随着社会技术的发展，人们越来越注重生活质量的提高，对各种工作机器零件有了越来越多的关注，比如在生活中常用的油泵，对其的性能、质量、结构都有更高的要求，因而本次课程设计主要研究转子式机油泵，希望能够得到更进一步的解决。内啮合摆线转子齿轮泵工作原理：当内转子旋转时，带动外转子转动。由于在转子齿形齿廓线的设计上使得转子转到任何位置时，内、外转子的每一个齿的齿形齿廓线上总能相互保持点接触状态；这样，内、外转子间便形成四个工作腔。当某一个工作腔从吸油腔转过时，容积增大，产生真空，机油从进油孔被吸入工作腔；随着内、外转子的继续转动，该工作腔转到压油腔相通的位置时，容积变小，油压升高，机油经压油腔从出油孔压入润滑油道中。 内啮合摆线转子齿轮泵结构紧凑，供油均匀，吸油真空度高，泵油量大，在轿车发动机上广泛采用。如：夏利tj7100、日本mazda323，honda 等轿车发动机上都采用转子式机油泵。 内啮合摆线转子齿轮泵由泵体、泵盖、滤网、子齿数比外转子的齿数少内转子（主动）、外转子 从动）等组成内转子与泵壳偏心安装内转动时，内外转子的空间发生由小变大当内转子驱动外转子转，再由大变小的变化压油作用这种机油泵结构简单，工作可靠采用较多。 ( 1 ）分解与清洗转子式机油泵。 ( 2 ）主要零件的检修： 测量外转子与泵盖之间的间隙。外转子与泵盖间隙一般为0.100.16mm，极限值为0.20mm。如果磨损严重，应更换内外转子或机油泵总成。 测量外转子与内转子之间的间隙。外转子与内转子的间隙为 0.040.14mm，极限值为0.20mm。如果磨损严重，应更换外转子和内转子。 测量外转子与泵体之间的间隙外转子与内转子的间隙为0.200.30mm，极限值为0.381mm。如果磨损严重，应更机油泵总成。 测量转子轴与泵体间的间隙。转子轴与泵体的间隙一般为0.0320.070mm。如果磨损严重应更换机油泵总成。 ( 3 ）装配与调试。机油泵经过检修后，各机件应按与分解相反的顺序进拧紧油泵盖螺栓。首先安装转子总成，然后将集滤器壳安装在油泵壳上。按规定力矩拧紧油泵盖螺栓。安装时，限压阀总成然后将集滤器壳安装在油泵壳上。 机油泵装配后应进行总成试验，确认完好后再装车试验方法与齿轮式机油泵相同。 市场研究显示内啮合摆线转子齿轮泵有以下三个优点：1.结构简单，体积小，重量轻，输油量大摆线转子泵系采用内外转子啮合的结构，齿数少，结构尺寸紧凑，不借助其他隔离元件便能形成密封腔，其零件数量少。2.运转平稳，噪音小内啮合摆线转子齿轮泵内外转子齿数只差一齿，它们做相对运动时，齿面滑动速度小，啮合点在不断地沿着内外转子的齿廓移动，因此，两转子齿面的相互磨损小。由于吸油腔和排油腔的包络角度大，接近145，吸油和排油时间都比较充分，因此，油流比较平稳，运动也比较平稳，且噪音明显低于齿轮泵。3.高速特性好对于一般的渐开线齿轮泵，如果转速过高，则因离心力的作用将会导致齿谷充油不足形成“空穴”，使泵的效率下降，因此，其转速很少超过3000rpm，圆周速度在56m/s以内。对于摆线转子泵，吸排油角度范围大，在高速旋转时，离心力的作用有利于油液在齿谷内的充填，不会产生有害的“空穴”现象，因此，摆线转子泵的转速范围可在几百至近万转。我们还要知道内啮合摆线转子齿轮泵用来使机油压力升高和保证一定的油量，向各摩擦表面强制供油的部件.内燃机广泛采用齿轮式和转子式机油泵.齿轮式油泵结构简单，加工方便，工作可靠，使用寿命长，泵油压力高，得到广泛应用.转子泵转子形体复杂，多用粉末冶金压制.这种泵具有齿轮泵同样的优点，但结构紧凑，体积小，在内燃机上的应用越来越多。那么，内啮合摆线转子齿轮泵是怎样的工作的呢? 内啮合摆线转子齿轮泵的特点是工作可靠，结构简单，制造方便和泵油压力较高，所以得到广泛采用。课 程 设 计 任 务一、设计题目内啮合摆线转子齿轮泵静态响应力学分析二、设计参数材料：不锈钢钢材 泵主轴直径：5cm，型号: 50HT10A出口压力P：510MPa介质适宜温度是：-10200，适用介质：机械油类介质适宜介质粘度范围是1CP1000000CP（厘泊）三、设计原理1.结构静力分析的目的 ANSYS程序中的结构静力分析是用来计算在固定不变的载荷作用下结构的响应，即由于稳态外载引起的系统或部件的位移、应力、应变和力。同时，结构静力分析还可以计算那些固定不变的惯性载荷以及那些可以近似等价为静力作用的随时间变化的载荷对结构的影响。2.ANSYS结构静力分析 静力分析所施加的载荷包括外部载荷、稳态的惯性力、位移载荷和温度载荷。在结构静力分析过程中，一般都假定载荷和响应固定不变，或假定载荷和结构的响应随时间的变化非常缓慢。3.ANSYS结构静力分析分类（1）线性静力分析线性静力分析即通常所说的线弹性分析，线性分析分为线性静力分析、线性动力分析，其包括两方面的含义：首先就是材料为线性，应力应变关系为线性，变形是可恢复的，另外结构发生的是小位移、小应变、小转动，结构刚度不因变形而变化。（2）非线性静力分析非线性静力分析主要包括材料非线性分析、几何非线性分析及状态非线性分析。四、应用软件Pro/e、workbench五、模型建立 图1.油泵实体模型 图2.油泵局部实体模型 图3.约束 图4.加载六、结果提取 图5.MISES 应力 图6.总体变形 图7.局部最小主应力 图8.局部最大主应力 图9.局部应变1 图10.局部应变2图11.局部应变3七、结果分析该转子式油泵最大主应力发生在转子的内侧，其最大变形发生在传动齿轮的齿顶啮合部位。最大变形为0.032377mm，最大主应力为230MPa。P = 0.052kw， n=1000r/min T = 9550P / n=500Nm P 功率，千瓦(kw)；T 扭矩，牛米(Nm)； n 转速，每分钟转数，r / min。 最大应力小于设计应力，符合强度设计要求。八、总结本文主要是以计算机软件proe5.0辅助设计为手段，workbench分析出来只是理论上的结果，这还需要实验的进一步来验证。如果考虑到工程上加工制造，为了达到要求并提高经济效益，那么本文的设计可作为理论上参考。如今，在企业的设计和生产中，有限元分析已得到广泛的应用。要使得有限元软件理论设计与各类工程生产中的实际情况更好更完美的结合应用，仍需要去探索，同时这也是一个很值得去研究的方向。本次设计是在指导老师的精心指导和帮助下完成的。老师以其严谨求实的治学态度、高度的敬业精神、兢兢业业、孜孜以求的工作作风对我产生重要影响。他渊博的知识、开阔的视野和敏锐的思维给了我深深的启迪。他严谨的工作作风给我留下了深刻的印象，并为我将来的工作学习树立了榜样。感谢任课老师这几年来给我悉心的指导、关心和帮助。其次，我要感谢同组同学，对我的无私帮助，使我得以顺利完成论文。最后，我还要感谢我的家人对我的培养和给我来这里学习的机会，我的成长离不开他们的支持。九、参考文献1 孙训方、关来泰材料力学M高等教育出版社，20012 黄志新、刘成柱.ANSYSWorkbench 14.0超级学习手册M.人民邮电出版社，20133 王新敏.ANSYS工程结构数值分析M.人民交通出版社，20074 李人宪.有限元法基础第2版M.国防工业出版社，20045 龚曙光.ANSYS基础应用及范例分析M.机械工业出版社 2004年6 杨黎明，杨志勤编机械设计简明手册M北京：国防工业出版社，20087 姜继海、送锦春液压元件M 机械工业出版社，19818 张朝晖，李树奎. ANSYS11.0有限元分析理论与工程应用M电子工业出版社，2008