摘 要

隔膜抽气泵是真空泵的一种，其特点是可靠性相对较高且易于维护，大量应用于自动化机械、医疗器械、生化实验设施、军工设备等方面。应用于核电站检测空气中放射性物质的某双头隔膜抽气泵，通常置于有工作人员的密闭环境中，其噪声和振动直接影响操作人员的舒适性，因此对该双头隔膜抽气泵的噪声和振动有较高要求。

通过实验发现，该泵的曲柄连杆机构是引起整台设备噪声和振动问题的主要来源，因为曲柄连杆机构在运动过程中承受了气体力、惯性力以及力矩等交变载荷，产生了不平衡运动惯性力。本文在结合实际项目的基础上，针对该双头隔膜抽气泵的噪声和振动问题进行研究。主要内容如下：

首先，根据该双头隔膜抽气泵的具体结构，运用合适的工具进行拆解。然后，利用三维建模软件CATIA，通过正向设计与逆向工程技术相结合，完成该泵曲柄连杆机构的三维实体建模。最后，利用多体系统仿真软件ADAMS，对建好的模型进行运动学和动力学分析，获得活塞、连杆、曲轴等零部件的随时间变化的位移、速度、受力等曲线，并在此基础上寻找降低该泵在运行过程中噪声和振动问题的方法。

关键词：曲柄连杆机构；CATIA；ADAMS

Abstract

The diaphragm pump is one of the vacuum pumps, which is characterized by a relatively high reliability and easy maintenance, widely used in terms of automation machinery, medical equipment, biochemical test facilities, Military Equipment and so on. A double diaphragm pump is applied to nuclear power plants to detect radioactive substances in the air. The pump is usually placed in a closed environment next to the staff, which results that the noise and vibration directly affect the comfort of the operator. Thus, the noise and vibration of the double diaphragm pump should have higher requirements.

It is found that the crank-connecting rod mechanism of the pump is the main source of the noise and vibration of the whole equipment. Because the whole crank-connecting rod mechanism bear gas strength, alternating load inertia force, torque and so on. Therefore, the unbalanced inertia force is generated. Researching noise and vibration problems of the double diaphragm pump on the basis of the combined with actual project. The main contents are as follows:

First of all, according to the specific structure of the double diaphragm pump, using appropriate tools to disassemble it. Then, using 3D modeling software CATIA, through the combination of forward design and reverse engineering technology, completing the modeling of the crank connecting rod mechanism. Finally, the virtual prototyping software –ADAMS is used to analyze its kinematics and dynamics of the crank-connecting rod mechanism’s dynamic characteristics. Though the dynamic simulation process, the movement process graphs such as displacement, velocity and acceleration of the piston were obtained. On the basis of this, finding the method of reduce the noise and vibration of the pump in the operation conditions.

Keywords: Crank connecting rod mechanism, CATIA, ADAMS

目 录

摘要 I

第1章 绪论 1

1.1研究目的及意义 1

1.2国内外研究现状 1

1.2.1 国内研究现状 1

1.2.2国外研究现状 4

1.3软件简介 5

1.3.1三维建模软件CATIA介绍 5

1.3.2多体动力学仿真软件ADAMS介绍 5

1.4本文主要工作内容 6

第2章 曲柄连杆机构的理论基础 7

2.1运动学理论基础 7

2.1.1连杆头的位移 7

2.1.2连杆头速度和加速度 8

2.1.3连杆的运动 9

2.2动力学理论基础 9

2.2.1气体作用力 9

2.2.2曲柄连杆机构的质量换算 10

2.2.3往复惯性力以及旋转惯性力 11

2.3本章小结 12

第3章 双头隔膜抽气泵的三维建模 13

3.1拆解泵体 13

3.1.1拆解步骤 13

3.1.2数据采集 16

3.1.3数据预处理 16

3.2曲轴的三维建模 17

3.2.1主轴的三维建模 17

3.2.2偏心轮的三维建模 17

3.2.3定位销的三维建模 18

3.2.4曲轴的装配 18

3.3连杆的三维建模 19

3.3.1连杆体的三维建模 19

3.3.2连杆盖的三维建模 22

3.3.3圆盘的三维建模 23

3.3.4膜片的三维建模 23

3.3.5连杆头的三维建模 23

3.3.6连杆盖螺栓的三维建模 24

3.3.7连杆的装配 24

3.4曲柄连杆的装配 25

3.5本章小结 26

第4章基于ADAMS软件对曲柄连杆机构的仿真分析 27

4.1导入ADAMS和边界设置 27

4.2施加约束和仿真驱动 28

4.3动态仿真及结果 29

4.4 平衡轴技术 32

4.4.1平衡轴技术简介 32

4.4.2 平衡轴设计 32

4.5本章小结 34

第5章 总结及展望 35

5.1总结 35

5.2展望 35

参考文献 36

致 谢 38

第1章 绪论

1.1研究目的及意义

节能与环保已经成为当今社会发展的一个主题，利用核能进行发电也是国家能源战略的一个发展方向。然而，如果核反应器内的大量放射性物质发生泄漏，极易造成重大事故。因此，在核能使用过程中，需要对空气中的放射性物质进行检测。本文研究的双头隔膜抽气泵正是应用在核电站中进行空气采样的特种设备，需要长期连续不间断的工作，以检测核电站内放射性物质是否超标，保证核电站的使用安全性。

应用于核反应堆种的特种抽气泵，通常放置于有工作人员的密闭环境中，其工作噪声和振动直接影响操作人员的舒适性，因此对该隔膜抽气泵的噪声和振动有较高要求。目前这种特种抽气泵完全依赖于从国外进口，但该泵在工作过程中的噪声和振动依然较大，无法满足使用要求。因此，本文以该抽气泵为研究对象，通过逆向工程技术和三维建模软件建立泵的三维实体模型，利用ADAMS分析其结构振动和噪声水平，并设计相应机构对其进行改进以降低辐射噪声。

1.2国内外研究现状

当前，国内外研究人员对气泵的结构进行了研究，特别是对造成气泵噪声和振动的原因进行了深入探讨，通过实验与软件技术的结合分析减振降噪的方法，类比于发动机的噪声振动问题进行研究，对如何降低气泵的噪声振动问题取得了不错的进展。

1.2.1 国内研究现状

本文所涉及的双头隔膜抽气泵，基于种种原因，暂时依赖与从国外进口，因此直接对抽气泵的研究较少，但是对于同样具有曲柄连杆机构的发动机以及柱塞泵的减振降噪技术有大量研究。