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1、1西西 京京 学学 院院毕 业 设 计 （论 文）成绩题题 目目: :_0.6_0.6_ 姓姓 名名: : 吴明明吴明明 _系（院）系（院）: : 机电工程机电工程 _ 专专 业业: : 数控数控_ 班班 级级: : 1001_1001_ 学学 号号: : 10040120251004012025 指导老师指导老师: : 日日 期期: : 20132013 年年 5 5 月月 2摘要本设计为涡旋压缩机结构设计，主要零件 包括涡盘，静涡盘，支架，架体，偏心轴 及防自传机构，动静涡旋盘应用圆的渐开 线及其修正曲线的线型。 首先，确定了重要结构参数，进而确定了 涡旋线圆的渐开线线型。然后进行了受力
2、分析，结构强度及寿命计算。最终说明了 结构设计中的有关问题。在涡旋齿线型的 设计中，不仅说明了渐开线的特征和涡旋 线的成形过程，而且还对涡旋线线型进行 了修正。 通过以上设计的设计过程，我们最终得到 了蜗旋压缩机。3目录摘要绪言第一章空气压缩机及装置系统总体方案设计第二章主要部件设计第三章涡旋齿线型的选择与绘制第四章压缩机附件及密封细节第五章基于 NX Xastran 解算器的有限元分析总结参考文献致谢4绪言蜗旋压缩机是国际上 70 年代开发应用的一种新型压缩机，它以高效率，高可靠性，低能耗，低噪音，零件少，结构紧凑等突出优点引起许多国家的重视，被称为全新一代压缩机，在1705KW 输出功率的
3、范围内，涡旋压缩机已在单元式空调机及汽车空调器种得到相当普遍的应用，并很快牢固地占领了市场，由于涡旋压缩机在较宽的频率范围内（30120hz）均有较高的容积效率与绝热效率，适合采用变频装置，可进一步降低空调器的耗能，提高舒适性，所以在空调领域中具有广阔的发展前景。为防止臭氧层被破坏，汽车空调领域中具有采用全封闭式涡旋压缩机的发展方向。此外，涡旋空气压缩机，涡旋膨胀机，涡旋真空泵， ，涡旋液体泵也在积极开发与研究当中。涡旋压缩机最早由法国工程师 Creux 发明并于 1905 年在美国获得专利。但由于难以得到高精度的涡旋形状，缺乏实用而可靠地驱动机构，摩擦磨损个问题不能妥善解决，因此涡旋压缩机在
4、将近 70年的时间内未得到普及应用直到 70 年代初期，美国的 ADL 公司及日本，中国的几家公司又相继重新开始涡旋压缩机的研究开发工作。因若干关键技术逐步得到解决，于 80 年代初就堆出了空调用涡旋压缩机的系列产品。这些产品与相同容量的往复式压缩机相比，体积小 40%，重量轻 15%，零件数减少 85%，效率提高 10%，扭距变化幅度5小 90%，噪音降低 5db（A）.自石油危机以来，由于在供暖，空调与制冷应用中，主要的能量耗在压缩机上，高效压缩机对美国市场已成为头等重要因素。在欧洲和日本市场，低噪音，低振动的需要效率更为突出，因而，兼有高效低噪两大优势的涡旋压缩机成为换代产品已是必然局势
5、，虽然在完善密封机构，减少机械摩擦耗功以及数控加工提高涡旋盘成产率等方面，已经进行了广泛有效地工作，但作为技术密集程度很高的涡旋压缩机，其技术优势和效益扔存在很大的发展潜力。6第一章空气压缩机及装置系统总体方案设计涡旋式压缩机是一种借助于容积的变化来实现气体压缩的流体机械，这一点与往复式压缩机相同。涡旋式压缩机的主要零件动涡盘的运动，是在偏心轴的直线驱动下进行的，这一点又与旋转式压缩机相同。涡旋式压缩机的压缩腔，既不同于往复式的又不同于旋转式的，故把它称作新一代容积式压缩机。涡旋式压缩机的主要零件包括动涡盘，静涡盘，支架体，偏心轴及防自传机构。动静涡旋盘的最常用线型是圆的渐开线及其修正曲线。下
6、面以圆的渐开线涡旋型线为例来说明涡旋压缩机的工作原理。把涡旋型线参数相同，相位差 ，基圆中心相距 Ror 的动涡盘与静涡盘组装后，可形成数对月牙形的密封的容积腔，容积腔的轴随偏心轴推动动涡盘中心绕静涡盘中心作半径为 Ror 的圆周轨道运动时相应的扩大缩小，由此实现气体的吸入，压缩和排气的目的。低压气体从静涡盘上开设的吸气孔口或动静涡盘的周边缝隙进入吸气腔，经压缩后由静涡盘中心处的排气孔口排出。下面以三对压缩腔为例说明气体压缩过程。三对容积腔分别用 123 来表示，并以此称之为中心压缩腔，第二和第三压缩腔。动涡盘中心绕静涡盘中心的转动角，也就是偏心轴的曲柄转角，用表示。当曲柄转角=时，第三压缩腔
7、刚好封闭，压缩机的吸气过程结束，这时第三压缩腔中充入的气体7所占据的空间即为吸气容积，相当于往复式压缩机的形成容积。随着曲柄转角增大，月牙形的面积逐渐减小。当=时，第三压缩腔完成对气体的压缩过程，这时的压缩腔容积就是第二压缩腔的最大封闭容积，即第二压缩腔充气终了时的容积，其轴向投影面积最大。中心压缩腔和第二压缩腔中气体容积变化规律与第三压缩腔中相同。第三压缩腔在压缩气体同时，压缩机的吸气过程也在进行。第二压缩腔和中心压缩腔并不存在吸气过程，只是在几何关系上按 2 为一循环划分时，分割为不同的压缩腔而已。涡旋式压缩机压缩气体的过程是连续进行的需要主轴转动数圈而非一圈，但主轴每转一周即可完成一次吸
8、气。需要指出的是，中心压缩腔中的气体并不受到压缩，其容积减少是一个等压过程，即排气过程。中心压缩腔中容积取得最大值时，不一定对应于=，而与开始排气角有关。涡旋压缩机的动涡盘被置于静涡盘和支架体之间，可以沿轴向移动。当涡旋压缩机工作时，动涡盘在气体力作用下，沿轴向与静涡盘脱离，增大涡盘顶部的气体泄漏通道面积，降低容积效率和热效率。因此如何有效的平衡作用在动涡盘上的轴向气体作用力，成为涡旋压缩机能否获得良好性能的重要因素之一。动涡盘在气体作用下，有绕其中心自传8的趋势。这种趋势破坏了涡旋压缩机的正常工作，必须予以限制。防自传机构设置在动涡盘与支架体之间，常见的结构形式有十字滑环，圆柱销，球轴承，小
9、曲柄销。十字滑块，圆柱销，小曲柄销只能防止动涡盘的自传，而球轴承不仅能够防止动涡盘自传，而且能够承受动涡盘传递的轴向气体作用力。综合起来，涡旋压缩机有以下特点；(1) 多个压缩腔同时工作，相邻压缩腔的气体压差小，气体泄漏量小，容积效率高，可达 90%98% (2) 驱动动涡盘的运动的偏心轴可以高速旋转，因此，涡旋式压缩机体积小，重量轻。（3）动涡盘与主轴等运动件的受力变化小，整机振动小（4）没有吸，排气阀，涡旋压缩机的运转可靠，且特别适应于变速运转和变频调速技术。（5）由于吸排气过程几乎连续进行，整机噪声很低。轴向和径向柔性机构提高了涡旋式压缩机的生产效率，而且保证轴向间隙和径向间隙的密封效果
10、，不因摩擦和磨损而降低，即涡旋式压缩机有可靠地密封性。动涡盘上承受的轴向气体作用力，随主轴转角发生变化，很难恰如其分的加以平衡，因此轴向气体力往往带来摩擦功率消耗。涡旋盘的加工精度，特别9是涡旋体的形位公差有很高要求，端板平面的平面度，以及端板平面与涡旋体侧壁面的垂直度，应控制在微米级，因此，需要用专门的加工方法，加工技术和加工设备。在我国，涡旋压缩机的研究开发工作始于 1986 年，经过 11 年的努力，已经形成了比较成熟的涡旋式空调与制冷压缩机设计制造技术，某些高校如西安交通大学，甘肃工业大学在涡旋压缩机技术，生产方面在国内具有顶尖的水平。综观国内外涡旋压缩机的研究开发现状，生产制造水平以
11、及市场需要趋势，今后一段时间内，有关涡旋压缩机的研究动向可归纳为;降低生产制造成本被列为研究工作的首要任务之一。提高涡旋盘的生产效率，设计出更加紧凑与更加适宜于工业化生产的结构都是直接的措施。通过压缩过程模拟及优化设计，采用新的材料与新的机构来减少机械摩擦损失，气体泄漏损失，传热损失，气流阻力损失，提高涡旋压缩机的工作效率和工作可靠性。扩宽应用范围和适用领域，实现产品系列化。扩大变频调速技术和热泵技术的应用。总之，涡旋压缩机相对于往复压缩机来讲。有很多优点入振动小，噪声低，效率高，可靠性好，容积小，重量轻等。已在空调和制冷行业有了广泛的应用。10第二章主要部件设计（一）设计的已知条件设计已知数
12、据如下：理论排气量 0.6m3/min进口压力 0.1Mpa出口压力 0.6Mpa（二）性能及结构参数确定1 涡旋圈数 n，涡旋齿厚 t，涡旋齿高 h根据有关资料确定:n= 2.85 t= 4mm h=36mm 2 排气量 Vs 和涡旋节距 p：设计理论排气量 0.6m3/min ，转换成进气状态为 转数为 每转排气量 210526.31578974mm/rpt4t24vs 2N1()h2p24.72819509 圆整 p=25 113 基圆半径 a因节距 p 由基圆半径决定，则重新取 a=3.9788 p=25 则设计理论排气量为=210526.31578947mm/r考虑泄漏等因素的储蓄系
13、数为：4 回转半径 Ror5 渐开线的初始角 6 理论压力比7 工作 实际容积128 实际排气量137第三章 涡旋齿线型的选择与绘制原理（一）涡旋型线构成原则当涡旋压缩机正常压缩气体时，涡旋型线的构成应符合如下原则1 对于动涡旋或静涡盘上位与压缩腔内的任一给定点，在静涡盘或动涡盘上，必有一点并且只有一点与之相啮合，并且内侧壁面上的点与外侧壁面上的点相啮合。2 当涡旋型面上一对共轭点相啮合时，动，静涡旋盘涡旋型线特征形状几何中心之间的距离，不随主轴角变化。这里的特征形状，是指能够反映涡旋型线类型的几何形状，对于圆渐开线14漩涡线型，是指基圆。3 一对啮合点相啮合时，啮合点所在漩涡型面的切向平行，
14、并且与通过涡旋型线特征性状几何中心之间连线方向相垂直。构成涡旋体的型线，可采用线段，正多角形及圆的渐开线，除了圆的渐开线外，它们都是由圆弧连接而成的涡线，而圆的渐开线则可以理解为有限多圆弧连接而成曲率连续变化的曲线，一般常用圆的渐开线作为涡旋体的型线。（二）圆的渐开线的形成如图所示，当一直线 bk 沿一圆做纯滚动时，直线上任意点 K的轨迹 AK 就是该圆的渐开线，这个圆称为渐开线的基圆，其半径为基圆半径（三）渐开线的特征根据渐开线的形成的过程，可知渐开线具有下列特征：1 发生线沿基圆滚过的长度，等于基圆上被滚过的圆弧长度2 因发生线 BK 即为渐开线在点 K 的法线。又因为发生线恒切于基圆，故可得出结论：渐开线上任意点的法线恒与其基圆相15切。 3 发生线与基圆的切点 B 也就是渐开线在 K 点的曲率中心，而线段 BK 是渐开线在点 K 的曲率半径。4 渐开线形状取决于基圆的大小，在相同展角处，基圆的大小不同，其渐开线的曲率也不同。（四）涡旋线的成形当圆的渐开线起始角 基圆半径为 a，其
