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偏心蠕動式轉(zhuǎn)子泵采用獨特的偏心蠕動機構(gòu)作為液力端型式，具有結(jié)構(gòu)緊湊、重量小、便于攜帶等特點，其結(jié)構(gòu)如圖所示。該泵借助電機軸驅(qū)動偏心軸套旋轉(zhuǎn)，同時帶動聚甲醛轉(zhuǎn)子在泵體內(nèi)作平面蠕動運動，轉(zhuǎn)子與泵體、陶瓷隔板以及隔離元件構(gòu)成兩個密閉容腔，當(dāng)電機啟動后，與進口相通的容腔不斷增大吸入介質(zhì)，與出口相通的容腔不斷縮小排出介質(zhì)，這樣便可實現(xiàn)增壓輸送介質(zhì)。轉(zhuǎn)子是偏心蠕動式轉(zhuǎn)子泵最重要的介質(zhì)輸送零件，承受復(fù)雜的交變載荷，并且轉(zhuǎn)子泵依靠間隙密封增壓輸送介質(zhì)，間隙大小的設(shè)計計算十分重要。該泵采用非金屬材料轉(zhuǎn)子，其所受應(yīng)力及變形的大小，將直接影響泵的性能以及可靠性，因此對該泵轉(zhuǎn)子強度、剛度的有限元分析具有重要的工程應(yīng)用價值。
鑒于轉(zhuǎn)子的幾何外形特征不規(guī)則以及所受載荷不對稱的情況，文中建立了轉(zhuǎn)子整體的三維有限元模型，采用20節(jié)點的六面體單元以及SWEEP網(wǎng)格劃分法，將轉(zhuǎn)子三維模型劃分成16875個單元，101683個節(jié)點，網(wǎng)格模型如圖所示。其中非金屬材料聚甲醛的力學(xué)性能分別為彈性模量5000 MPa，抗拉強度70 MPa，抗壓強度130 MPa，泊松比0.36。
偏心蠕動式吸排結(jié)構(gòu)運動狀況以及受力情況復(fù)雜，國內(nèi)外對其運動學(xué)、動力學(xué)的研究文獻較少。文中以轉(zhuǎn)子泵排液行程工況作為研究對象，轉(zhuǎn)子受到排出壓力以及隔離元件的反作用力FN的作用，其受力分析如圖所示。泵工作時，轉(zhuǎn)子處在排出容腔的圓周表面承受不變的力，而隔離元件對轉(zhuǎn)子的FN的大小以及作用點隨結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)動發(fā)生周期性變化。在計算時，采用準(zhǔn)動態(tài)模擬分析方法，選取轉(zhuǎn)子與泵體的6個工況進行受力分析，將動力學(xué)問題轉(zhuǎn)化成靜力學(xué)問題來處理，任意時刻轉(zhuǎn)子的約束主要有3部分，分別為隔離元件對轉(zhuǎn)子的X軸方向的約束，轉(zhuǎn)子與泵體接觸線上的全約束和偏心軸套對轉(zhuǎn)子內(nèi)表面的對稱支承約束；載荷由作用在圓周面的面壓力載荷幾和由隔離元件對轉(zhuǎn)子的反作用力FN引起的接觸線上節(jié)點的節(jié)點力組成，各角度轉(zhuǎn)子的約束、載荷的施加如圖所示。
應(yīng)用ANSYS有限元軟件進行計算，得到轉(zhuǎn)子各個角度應(yīng)力云圖，如圖所示。由圖可以看出，在已模擬的6個工況中，隨著角度的增大，應(yīng)力逐步增大，在30°工況下轉(zhuǎn)子應(yīng)力最大值為2.207 MPa是6個工況中最小值，出現(xiàn)在轉(zhuǎn)子與泵體的接觸線部位，在180°工況下轉(zhuǎn)子有最大應(yīng)力為4.898 MPa，是6個工況中最大值，出現(xiàn)在轉(zhuǎn)子內(nèi)表面孔徑突變處，最大應(yīng)力4.898 MPa遠小于聚甲醛材料的許用應(yīng)力值70 MPa，說明轉(zhuǎn)子材料的強度是足夠的。除去30°工況，其余工況的最大應(yīng)力都出現(xiàn)在轉(zhuǎn)子內(nèi)表面孔徑突變處，并且與傳統(tǒng)的材料力學(xué)分析方法將轉(zhuǎn)子簡化成懸臂梁的危險截面相符。采用有限元軟件進行計算，得到轉(zhuǎn)子各個角度變形云圖。由圖可以看出，在已模擬的6個工況中，隨著角度的增大，變形量先是逐漸增大的，在120°工況時達到最大，再緩慢變小，在30°工況時轉(zhuǎn)子有最大變形量為0.007 mm是6個工況中最小變形量，對稱分布在轉(zhuǎn)子承受排出壓力面的兩端，在120°工況下轉(zhuǎn)子有最大變形量為0.015 mm是6工況中最大變形量，也是對稱分布在轉(zhuǎn)子承受排出壓力面的兩端。6個工況的最大變形都是出現(xiàn)在轉(zhuǎn)子承受排出壓力面的兩端，與采用傳統(tǒng)的材料力學(xué)分析方法將轉(zhuǎn)子簡化成懸臂梁的最大撓度位置相符。
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