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无油涡旋真空泵参数化建模及其温度场的分析

作　者: 盛林
导　师: 杨广衍
学　校: 东北大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 无油涡旋真空泵参数化建模参数化载荷温度场 UG二次开发 ANSYS二次开发
分类号: TB752
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

无油涡旋真空泵以其清洁度高、运行平稳、节省能源、体积小、重量轻、噪音低等特点一经推出就获得了广泛的应用。但由于其在研制、设计、加工制造过程中的技术问题,目前国内还没有厂家大规模生产。研制符合中国市场要求的无油涡旋真空泵填补国内空白就成为国内科技工作者的重要任务。本文是结合无油涡旋真空泵的实际开发项目,建立了无油涡旋真空泵的参数化三维实体模型,并对参数化模型进行了有限元分析。对于无油涡旋真空泵的参数化建模,模型的修补、参数化载荷的施加以及动、定涡旋盘体的温度场等问题进行了较为深入的研究。本文运用有限元分析软件ANSYS对无油涡旋真空泵实际物理模型,动涡旋盘、定涡旋盘的温度场、应力场及其产生的热变形进行了模拟和研究。采用UG软件建立了无油涡旋真空泵动、定涡旋盘的三维实体模型,模型中包括了零件的材料特性,模型可以在任何方向激活来观察,还可以随意更改变化尺寸以进行评估。为了达到优化动、定涡旋盘几何形状的目的,ANSYS软件被用来分析其温升、应力与热变形,其结果验证了无油涡旋真空泵动涡旋盘、定涡旋盘设计的合理性,对无油涡旋真空泵的设计有所帮助。本文运用UG二次开发的GRIP语言来建立无油涡旋真空泵的三维参数驱动模型。输入主要的建模参数,自动建立参数最优的无油涡旋真空泵的三维模型,所生成的模型允许在UG环境下进行手动修改,实现了无油涡旋真空泵的自动化设计,提高了设计的准确性与效率。利用APDL的程序语言与宏技术组织管理有限元分析命令,就可以实现参数化建模、参数化的网格划分与控制、参数化的材料定义、参数化载荷和边界条件定义等功能。本文综合运用了有限元分析软件ANSYS的二次开发语言APDL和UIDL来进行编程最终达到对无油涡旋真空泵实际物理模型。动涡旋盘的基于变量为时间和空间的热载荷方程式的参数化加载状态的控制。文中还涉及到热载荷方程式的计算过程以及有好的用户交互界面的制作。因此本文还将对基于ANSYS的参数化设计将有所帮助。本文还实现了UG与ANSYS软件之间的通信,成功地实现了模型的修补、传输等处理工作,使处于ANSYS环境下的导入模型能够顺利地进行网格划分,加载以及运算等进一步工作。这样一来,使UG和ANSYS这两个大型软件有机地结合起来,有效地拟补了ANSYS软件对于复杂三维实体模型的局限性,使工程问题的有限元分析在过程和结果上更加简化和准确。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-12
第1章绪论  12-18
  1.1 历史和发展  12-13
  1.2 无油涡旋真空泵的工作原理  13-14
  1.3 无油涡旋真空泵的特点与应用  14-15
  1.4 课题的来源和意义  15-16
  1.5 课题的研究内容和方法  16-18
    1.5.1 课题研究的内容  16
    1.5.2 课题研究的方法  16-18
第2章参数化建模  18-36
  2.1 无油涡旋真空泵的型线理论  18-21
  2.2 参数化设计  21-23
    2.2.1 参数化设计概述  22
    2.2.2 参数化设计的特点  22-23
    2.2.3 参数化设计方法的类型  23
  2.3 UG概述  23-27
    2.3.1 UG简介  23-24
    2.3.2 UG二次开发  24-27
  2.4 模型参数的计算  27-30
    2.4.1 抽速的计算  27-30
    2.4.2 壁厚的计算  30
    2.4.3 节距和涡旋体高度的计算  30
  2.5 建模过程  30-35
    2.5.1 控制参数输入界面制作  30-31
    2.5.2 绘制参数化中心体实体  31-32
    2.5.3 绘制涡旋体  32
    2.5.4 密封圈实体的绘制  32-33
    2.5.5 提取质心  33
    2.5.6 移动坐标系  33
    2.5.7 基盘的绘制  33-34
    2.5.8 整盘完成  34-35
  2.6 本章小结  35-36
第3章模型的处理  36-46
  3.1 不同软件之间的模型转换与数据传输标准  36-37
  3.2 UG与ANSYS之间的模型的转换  37-40
  3.3 模型的修补  40-44
    3.3.1 模型的缺陷  40-41
    3.3.2 缺陷的修补过程  41-44
  3.4 本章小结  44-46
第4章温度场的分析  46-62
  4.1 热载荷的计算  46-50
    4.1.1 测温点上数据的拟合  46-47
    4.1.2 数据拟合的最小二乘法  47-49
    4.1.3 涡旋真空泵热载荷的计算  49-50
  4.2 ANSYS软件简介  50-51
    4.2.1 ANSYS功能简介  50
    4.2.2 ANSYS的二次开发语言  50-51
  4.3 参数化载荷的施加  51-54
    4.3.1 ANSYS的数组参数  51
    4.3.2 空间及坐标的赋值  51-52
    4.3.3 矩阵各个元素的赋值  52
    4.3.4 工具条按钮的创建  52-54
  4.4 ANSYS的模拟过程  54-61
    4.4.1 实验准备  54-56
    4.4.2 实验过程  56-60
    4.4.3 实验结论  60-61
  4.5 本章小结  61-62
第5章总结与展望  62-64
  5.1 总结  62-63
  5.2 展望  63-64
参考文献  64-66
致谢  66-68
作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文  68

无油涡旋真空泵参数化建模及其温度场的分析

内容摘要

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