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变径基圆渐开线涡旋型线的分析

田亚永  
【摘要】:涡旋压缩机是一种新型容积式流体机械,是继往复压缩机、转子压缩机、螺杆压缩机之后的又一种新型高效容积式压缩机,被公认为是技术最先进的第三代压缩机。以其效率高、体积小、质量轻、噪音低、结构简单且运转平稳等特点,被广泛应用于空调制冷、动力工程、交通运输等领域。 涡旋压缩机型线研究是涡旋压缩机研究的一个重要课题,它不仅涉及到性能,而且会对加工成本造成很大的影响。本文对涡旋压缩机型线的型线方程、行程容积、型线长度与曲率等公式进行了详细的推导,为正确设计涡旋压缩机,建立型线数学模型奠定了基础。通过常用简单型线不同表达形式的对比,得出了其相互之间的对应关系。通过由简单型线连接成的常用组合型线的分析,得到其容积变化率的变化特性和型线的过渡特性。 涡旋压缩机涡旋齿型线主要类型有:圆的渐开线、线段渐开线、正多边形渐开线、平行四边形渐开线、阿基米德螺线、变径基圆渐开线、包络型线、通用型线等。组合型线是在同一涡旋齿上,采用多段不同类型的型线连接成的光滑型线。组合型线通常为变壁厚型线,是以各种常用型线和通用型线为基础,以发挥不同型线的优势,它兼顾了吸气、压缩、排气全过程,组合型线具有提高涡旋盘面积利用率、提高压缩机的排气量和压缩比,减小涡旋齿型线的长度和宽度等优点。 本文主要对变径基圆渐开线涡旋压缩机型线进行分析,利用微分几何共轭曲面理论,证明了变径基圆渐开线作为涡旋型线的可行性,推导出利用该型线作为涡旋压缩机型线的基本方程,讨论了该型线的基本特点,表明变径基圆渐开线作为涡旋型线的优良特性,对该型线形成的涡旋盘进行工作腔容积计算,并进行了涡旋齿的气体力分析。 由于曲轴作为涡旋压缩机的重要部件之一,承担着动力的传递任务,因此其整个动态工作过程的稳定性较大程度地影响着整个压缩机工作状态。本文利用ANSYS软件建立涡旋压缩机曲轴的三维几何模型,并对曲轴进行有限元分析,对曲轴的细节特征和约束进行简化,用ANSYS进行模态分析,得到发动机曲轴的前5阶固有频率和振型向量,找到了曲轴振动中的危险区域,进而为轴的动态设计提供理论依据。


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