论文总字数：20968字

摘 要

本文基于螺杆泵的基本结构、工作原理、设计方法，运用Pro/E软件建立了所设计的单螺杆泵转子和衬套（定子）的实体模型，并进行了虚拟装配。利用Pro/E软件的机构运动分析模块（Mechanism）对单螺杆泵进行运动仿真，创建三维动画。通过Mechanism所绘制的曲线，分析螺杆泵上点的轨迹和位移，得到了螺杆泵转子上点的运动轨迹。通过输出的图形得到了螺杆外型面上点的位移与时间图像，探索了单螺杆泵螺杆在轴套中的运动规律。

本文主要通过研究螺杆泵定子材料在原油介质下的材料稳定性，通过将橡胶定子材料拉伸，压缩，撕裂等来研究其应力应变的关系情况，从而很好地研究出其材料的机械稳定性。通过上述研究，能够较全面地阐述采油螺杆泵定子橡胶的磨损机理，为定子橡胶在实际工程应用中的摩擦学设计、材料选择、性能评价提供指导性原则。

关键词：单螺杆泵 运动学仿真 设计 环境介质 机械稳定性

Effects of environmental media to screw material mechanical stability

Abstract

Based on the basic structure of the screw pump, working principle, design method, the use of Pro / E software is designed to establish a single screw rotor and bushing (stator) of solid models, and virtual assembly. The program of Mechanism in Pro/Engineer code was employed to simulate the movement of the single screw pump.The three dimensional animation was established.The displacement of the points on the rotor surface of the screw pump was analyzed using the program in Pro/E code.then,the tracks of the points for movement were found.In addition,the curves of the displacement versus time for the points on the rotor surface of the single screw pump were obtained.According to the above results,the motion rule of the single screw pump was studied in this work.

In this paper, through the study material as screw Stator stability at medium crude oil, by the rubber stators tensile,compression, tearing to study the relationship of its stress and strain, which is well developed mechanical stability of the material sex. Through these studies, can be more fully set forth the wear mechanism of oil screw pump rubber stator, the stator rubber provide the guiding principles in the practical application of tribology design, material selection, performance evaluation.

KeyWords: single screw pump design; Kinematic simulation; Design; Environmental media; Mechanical stability

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 螺杆泵的发展情况及现状 1

1.1.1 螺杆泵的历史 1

1.1.2 螺杆泵的基本结构和工作原理 1

1.1.3 螺杆泵的基本理论 1

1.1.4 螺杆泵的应用 2

1.1.5 单螺杆泵的发展现状和研究趋势 2

1.1.6 流体介质对螺杆泵定子材料的影响 3

1.2 本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段 4

1.2.1. 本课题要研究或解决的问题 4

1.2.2. 拟采用的研究手段 4

1.3 本章小结 4

第二章 单螺杆泵的设计 5

2.1 单螺杆泵的结构 5

2.2 单螺杆泵的设计计算 6

2.2.1 螺杆和衬套结构参数的确定 6

2.2.2 螺杆和衬套的齿廓 9

2.2.3 螺杆和衬套工作表面积和容积的确定 12

2.2.4 轴向力计算 13

2.3 螺杆和衬套的材料 15

2.4 本章小结 16

第三章 单螺杆泵的建模 17

3.1 转子的建模 17

3.2 定子的建模 22

3.3 本章小结 27

第四章 螺杆泵的运动仿真及位置分析 28

4.1 机构模块简介 28

4.2 运动仿真模型的创建 28

4.2.1 运动轨迹分析 28

4.2.2 添加伺服电动机 30

4.3 运动学仿真分析 33

4.3.1 螺杆外表面上点的运动轨迹 33

4.3.2 螺杆上点的位移 33

4.4 本章小结 37

第五章 研究定子材料在原油介质下老化性能 38

5.1 实验目的 38

5.2 实验设备 38

5.3 实验原理 39

5.4 实验过程 40

5.5 实验数据记录 40

5.5.1 试样的质量变化（25×25×2） 40

5.5.2 试样尺寸的变化（50×25×2） 41

5.5.3 在50℃原油浸泡后的各项性能 41

5.6 实验分析 41

第六章 总结与展望 42

6.1 结论 42

6.2 展望 42

参考文献 43

致谢 45

绪论

螺杆泵的发展情况及现状

螺杆泵的历史

螺杆泵是一种主依靠螺杆一边旋转一边啮合，液体被两个或几个螺杆上的螺旋槽带动沿着轴向排出的一种机械[1]。1930年法国工程师雷湼-摩伊诺创造了第一台单螺杆泵[2]。第二年瑞典IMO公司发明了三螺杆泵[3]。到了1943年，德国鲍曼公司又生产出了外置轴承的双螺杆泵，然后紧接着就开始了批量生产[4]。1959年后，德国费里茨-基伯格对单螺杆做了重大改进，他设计和制造了德国第一台新型单螺杆泵[5]。截至1972年，市场上所有的螺杆泵转子和定子的几何形状还都是1935年研制的。

我国螺杆泵的发展起步较晚，原天津市工业泵厂于20世纪60年代初期研制出船用高压小流量三螺杆泵。60年代中期，原沈阳水泵厂开始生产双螺杆泵和三螺杆泵，70年代研制出五螺杆泵。

螺杆泵的基本结构和工作原理

螺杆泵泵体、衬套、主动螺杆、从动螺杆、吸入室、安全阀组件以及机械密封或填料密封组成。螺杆泵工作时，液体被吸入后就进入螺纹与泵壳所围成的密封空间。当主动螺杆旋转时螺杆泵密封容积在螺牙的挤压下提高螺杆泵压力，并沿着轴向移动[6]。

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