广一泵丨分析单螺杆泵的接触疲劳磨损

张劲等在文献中对于使用二维平面模型代替三维空间模型的可行性进行了阐述，他们的研究结果表明这两种模型对于定子的应力、应变和内轮廓节点的位移计算基本一致，故本文中选用了二维平面模型代替。
有限元模型的单元类型为PLANE183，材料的弹性模量取为4MPa，泊松比为0.499，采用映射方式划分网格，采用点-面接触单元，这类接触单元，不需要预先知道确切的接触位置，接触面之间也不需要保持一致的网格，并且允许有大的变形和大的相对滑动。
单螺杆泵转子和定子橡胶间涉及到接触问题，需要建立转子与橡胶间的接触模型。
确定初始接触状态是过盈配合接触分析的重要方面，初始接触状态设置的不对，会导致错误的计算结果或者不准确的计算结果。对单螺杆泵接触状况分析影响大的是过盈量，有学者把两个接触部件的几何位置设定一定的过盈量，想用这个过盈量来模拟过盈配合，这种做法是错误的，几何上的过盈量不等于划分网格后有限元模型的实际过盈量。
广一泵在有限元分析中，默认是既考虑两个接触部件由于初始几何位置造成的初始侵入量（或者间隙量），同时也考虑CNOF参数设置的偏移量，即接触部件的初始接触状态是由CNOF和初始侵人量（或间隙）共同决定的。此种情况下，两个接触部件的初始几何位置对初始接触状态是有影响的，这个对于准确设置过盈量是很不利的。我们设置程序在计算初始接触状态的时候只考虑CNOF的值，不考虑接触部件的几何位置造成的侵入或间隙，这样过盈量就是我们设定的准确值。
对于接触问题，模型中各变量除了满足固体力学基本方程、给定的边界条件和初始条件外，还需要满足接触面上的接触条件，即产生接触的两个物体必须满足无穿透约束条件。对于接触或将要接触的两个物体，其界面的接触状态可分为分离、粘结接触和滑动接触3种。对于这3种情况，接触界面的位移和力的条件是各不相同的，也正是由于实际的接触状态在这3种情况间互相转化，导致了接触问题的高度非线性。
单螺杆泵的橡胶密封材料在受力下的位移和变形关系已了线性理论的范畴，属于几何非线性。
1)当单螺杆泵的运动位置从中间运动到了圆弧段时，其大应力、应变、接触压力、位移都发生了巨大的变化。
2)转子在单螺杆泵腔室中间时，大的剪切应变在衬套直线段的中点附近；而转子运动到圆弧段时其大的剪切应变在圆弧段的对角处。
3)转子在单螺杆泵腔室中间时，其大的剪切应变为4.6395%，而转子运动到圆弧段时，其大的剪切应变为10.5969%，增加了2.28倍。
4)由于转子运动到圆弧段时其大的剪切应变在圆弧段的对角处，同时这个时候的剪切应变大，在周期性载荷的作用下橡胶表面产生重复的压缩、拉伸和交变剪切应力而发生多次变形，从而使橡胶表层发生疲劳磨损。这与其他学者们发现的单螺杆泵定子受压侧直径与圆弧联接点处的磨损大的现象相吻合。
3、常规单螺杆泵与等壁厚单螺杆泵剪切应变比较
两种单螺杆泵大剪切应变的分布相差很大，如表2数据所示。对于等壁厚单螺杆泵来讲，其大的剪切应变在橡胶衬套的外层，这意味着等壁厚单螺杆泵橡胶衬套外层与钢套之间的联接强度将受到考验，衬套外层与钢套之间的联接处可能是等壁厚单螺杆泵的疲劳失效处。
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