容积泵因其诸多优点被工业和农业机械领域广泛应用,但是这些泵都存在一些关键的技术难题,如往复式容积泵存在排量小、压力脉动明显、噪声大等问题。转子式容积泵存在径向力不平衡、容易泄漏、高压力下容易磨损、有较大的流体噪声和困液问题。经过国内、外科研院所多年的技术攻关,容积泵在这些方面有很大改善,但是排量体积比小、脉动率大等问题需要继续研究解决。因此容积泵技术的创新和突破,对推进企业容积泵产品的更新换代,提高国产泵的技术水平有重要意义。本论文也得到国家自然科学基金委的资助,项目为“傅里叶非圆齿轮驱动的高性能植保用差速泵的建模、优化及试验研究”(51305403)。本论文提出混合高阶傅里叶非圆齿轮驱动的差速泵,在对非圆齿轮传动特性进行研究的基础上,对泵的性能和差速泵结构参数以及驱动系统内在关联性、优化方法和试验开展基础研究。本文主要的研究内容和结果如下:1)研究国内、外典型容积泵的现状、存在的问题,认为差速泵的原理和结构是较为理想的形式,重点研究新型的多叶片差速泵现状,总结差速泵的常用驱动机构特点,经过比较发现差速泵适合选用非圆齿轮驱动形式,其中傅里叶曲线表达式用于非圆齿轮节曲线设计有利于泵的性能优化,为此提出混合高阶傅里叶非圆齿轮驱动的差速泵。2)为设计最优的傅里叶非圆齿轮驱动的差速泵,建立高阶变性傅里叶非圆齿轮节曲线计算模型和传动计算模型,主要建立高阶变性傅里叶非圆齿轮副传动比和从动非圆齿轮节曲线计算模型,建立高阶变性傅里叶非圆齿轮中心距计算模型,建立节曲线封闭条件、凹凸性分析模型、压力角计算模型和最大不根切模数判别模型,综合分析傅里叶节曲线参数对传动特性的影响。为便于差速泵驱动机构的设计,在高阶变性傅里叶非圆齿轮计算分析基础上,提出混合高阶傅里叶非圆齿轮驱动的差速泵,总结混合高阶傅里叶非圆齿轮驱动的差速泵工作原理,建立阶数与差速泵叶片参数的基本关系和非圆齿轮节曲线参数与进、出口之间几何关系,建立差速泵结构参数计算的基本模型,根据所建立的模型,编写了差速泵特性辅助分析软件,综合分析混合高阶傅里叶节曲线参数对差速泵排量、瞬时流量和脉动率等特性的影响,上述研究为后续差速泵优化提供理论基础。3)按不同类型的非圆齿轮建立了椭圆非圆齿轮、偏心圆非圆齿轮、巴斯噶蜗非圆齿轮和正弦非圆齿轮驱动的差速泵计算模型,根据建立的数学模型,编写这4种非圆齿轮驱动的差速泵辅助分析软件。对傅里叶非圆齿轮驱动差速泵和这4种不同驱动机构的差速泵的排量、瞬时流量和脉动率进行比较,得出混合高阶傅里叶非圆齿轮驱动的差速泵具有较好的性能。4)以差速泵排量、脉动率和非圆齿轮不根切最大模数为子目标,运用MATLAB遗传算法工具箱,建立以排量、脉动率和非圆齿轮不根切最大模数为子目标的综合评价函数,建立混合高阶傅里叶非圆齿轮驱动的差速泵多目标性能优化模型,编写多目标参数优化软件,优化不同阶数比的差速泵最优性能,2阶对2阶、1阶对3阶和1阶对2阶为例进行比较,发现2阶对2阶是最差的,根据优化结果,1阶对2阶综合性能是最优的方案。5)以1阶对2阶傅里叶非圆齿轮驱动的差速泵为研究对象,数值计算差速泵容积腔流场,分析吸、排液工况下的流场和差速泵困液腔流场,对差速泵叶片阻力矩与非圆齿轮耦合动力学进行仿真分析,发现差速泵在一个旋转周期内的流体对叶片的阻力矩是正负交替的,并且当容积腔进入困液区,由于吸、排液口瞬间关闭,导致产生水锤效应,叶片出现短暂阻力矩上升。计算差速泵流体和叶片的单向耦合,发现合力矩与转速方向一致的,从动非圆齿轮带动主动非圆齿轮运动,合力矩与转速方向相反的,主动非圆齿轮带动从动非圆齿轮运动,因此非圆齿轮驱动系统和流体存在流固耦合,并产生反驱动现象。以上研究为将来完善傅里叶非圆齿轮驱动的差速泵结构设计提供了参考。6)根据遗传算法优化获得差速泵及驱动非圆齿轮最佳参数,进行结构设计和三维建模。根据设计图纸加工差速泵及驱动非圆齿轮的零部件,搭建1阶对2阶傅里叶非圆齿轮的传动比测试平台,验证了理论传动比计算模型的准确性。搭建差速泵排量测试平台,研究排量随转速变化的特性,在一定转速范围内,排量理论值和实验值是一致的。搭建输入转矩的测试平台,测定叶轮转矩随差速泵工况变化特性,验证流固耦合仿真结果的正确性,揭示了差速泵周期性振动主要来自腔内流体和叶片的流固耦合引起的扭转振动。试验结果表明,本文提出差速泵计算理论和设计方法是正确的。