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偏心蠕動式轉子泵采用獨特的偏心蠕動機構作為液力端型式，具有結構緊湊、重量小、便于攜帶等特點，其結構如圖所示。該泵借助電機軸驅動偏心軸套旋轉，同時帶動聚甲醛轉子在泵體內(nèi)作平面蠕動運動，轉子與泵體、陶瓷隔板以及隔離元件構成兩個密閉容腔，當電機啟動后，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)。轉子是偏心蠕動式轉子泵最重要的介質(zhì)輸送零件，承受復雜的交變載荷，并且轉子泵依靠間隙密封增壓輸送介質(zhì)，間隙大小的設計計算十分重要。該泵采用非金屬材料轉子，其所受應力及變形的大小，將直接影響泵的性能以及可靠性，因此對該泵轉子強度、剛度的有限元分析具有重要的工程應用價值。
鑒于轉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。
偏心蠕動式吸排結構運動狀況以及受力情況復雜，國內(nèi)外對其運動學、動力學的研究文獻較少。文中以轉子泵排液行程工況作為研究對象，轉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，而隔離元件對轉子的FN的大小以及作用點隨結構轉動發(fā)生周期性變化。在計算時，采用準動態(tài)模擬分析方法，選取轉子與泵體的6個工況進行受力分析，將動力學問題轉化成靜力學問題來處理，任意時刻轉子的約束主要有3部分，分別為隔離元件對轉子的X軸方向的約束，轉子與泵體接觸線上的全約束和偏心軸套對轉子內(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，各角度轉子的約束、載荷的施加如圖所示。
應用ANSYS有限元軟件進行計算，得到轉子各個角度應力云圖，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，應力逐步增大，在30°工況下轉子應力最大值為2.207 MPa是6個工況中最小值，出現(xiàn)在轉子與泵體的接觸線部位，在180°工況下轉子有最大應力為4.898 MPa，是6個工況中最大值，出現(xiàn)在轉子內(nèi)表面孔徑突變處，最大應力4.898 MPa遠小于聚甲醛材料的許用應力值70 MPa，說明轉子材料的強度是足夠的。除去30°工況，其余工況的最大應力都出現(xiàn)在轉子內(nèi)表面孔徑突變處，并且與傳統(tǒng)的材料力學分析方法將轉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，對稱分布在轉子承受排出壓力面的兩端，在120°工況下轉子有最大變形量為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)在轉子承受排出壓力面的兩端，與采用傳統(tǒng)的材料力學分析方法將轉子簡化成懸臂梁的最大撓度位置相符。
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