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螺杆精加工机床构型与误差分析研究

作　者: 杨志鹏
导　师: 韩国有
学　校: 东北石油大学
专　业: 油气田地面工程
关键词: 砂带磨削螺杆转子机床构型几何误差
分类号: TG586
类　型: 博士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

螺杆泵由于其设备简单、操作方便、占地面积小、传输效率高等特点，许多油田将其用于原油的开采。螺杆泵作为一种容积式泵，工作过程是转子和定子在过盈配合条件下的运动来实现的，通常定子由钢制外套和橡胶衬套组成，转子由合金钢经过加工、镀铬等工艺完成，因此转子最终成型表面的表面质量对螺杆泵的使用寿命有着重要影响。本论文针对转子的最终成型加工开展了以下研究。本论文分析了国内外螺杆泵中转子的常用加工方法，对螺杆线型的设计方法进行了分析，并采用三维建模软件对螺杆转子进行建模，得到螺杆转子的三维型面数据。本论文以砂带磨削作为主要精加工方法，首先阐述了砂带磨削的去除原理并建立了去除模型，分析了磨削过程中，工件在弹性变形区和塑性变形区内所受压力。以此为基础设计了一种用于转子加工的砂带磨削机床构型。该机床采用封闭式砂带和成形接触轮，由旋转运动和沿轴向移动的合成运动完成转子的磨削加工。根据加工工件的截面特点对接触轮截面型线进行研究，得到了在已知端面截形的条件下向轴向截形和法面截形转化的数学表达式，给出了接触轮与工件在加工运动过程中的接触条件的数学表达。为减小加工中的振动，选用橡胶材质做为接触轮，采用有限单元法对纯橡胶材质接触轮、钢质接触轮和两者复合接触轮的受力变形进行了分析，得到不同压力下变形位移与压力变化的曲线关系，为误差分析提供理论基础。本论文对所设计的砂带磨削机床构型进行了机床误差分析，着重对机床的几何误差进行了研究，给出了加工过程中各运动单元之间的运动关系链，分析了各运动单元之间运动关系描述矩阵，以此为基础建立了综合运动误差模型，对模型进行求解得到加工中磨削工具相对于螺杆转子在空间任一位置的误差单元项表达式，通过对误差的计算分析可以对其进行误差补偿，提高加工精度。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-7
创新点摘要  7-8
目录  8-10
第一章绪论  10-26
  1.1 螺杆泵的研究发展  10-11
  1.2 采油螺杆泵系统组成及工作原理  11-16
    1.2.1 螺杆泵采油特点  11-12
    1.2.2 螺杆泵采油系统的组成  12-14
    1.2.3 螺杆泵工作原理  14-16
  1.3 螺旋曲面螺杆加工现状  16-22
    1.3.1 螺杆转子铣削加工  16-18
    1.3.2 螺杆转子精整加工  18-22
  1.4 加工误差研究  22-23
  1.5 本论文研究范围及意义  23-24
  1.6 论文的研究内容及方法  24-26
第二章螺杆线型理论研究  26-39
  2.1 单螺杆摆线形成原理  26-29
  2.2 螺杆线型生成研究  29-35
    2.2.1 线型设计方法  29-32
    2.2.2 短幅内摆线线型骨线共轭副  32-33
    2.2.3 骨线共轭副的等距曲线  33-35
  2.3 螺杆转子建模分析  35-38
  2.4 本章小结  38-39
第三章螺杆精加工系统研究  39-64
  3.1 砂带磨削加工  39-41
  3.2 砂带磨削去除模型分析  41-45
  3.3 螺杆加工系统构成  45-62
    3.3.1 砂带精加工磨削运动策略分析  47
    3.3.2 接触轮截面型线研究  47-50
    3.3.3 加工接触条件分析  50-53
    3.3.4 接触轮受力变形分析  53-62
  3.4 本章小结  62-64
第四章螺杆精加工运动及误差分析  64-96
  4.1 误差源分析  64-65
  4.2 加工运动过程分析  65-71
    4.2.1 单元体的几何描述  65-67
    4.2.2 理想运动的齐次变换矩阵  67-71
  4.3 运动误差描述  71-78
    4.3.1 运动误差单元  71-74
    4.3.2 运动误差矩阵  74-78
  4.4 磨削系统误差分析  78-81
  4.5 加工运动误差模型建立  81-95
  4.6 本章小结  95-96
结论  96-97
参考文献  97-103
攻读博士学位期间科研成果  103-104
致谢  104-105
博士研究生学位论文摘要  105-121

螺杆精加工机床构型与误差分析研究

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