利用代数-阿基米德双螺线构建变截面涡旋齿组合型线

变截面涡旋机械组合型线由于不同类型曲线采用不同的模型参数,型线的数学模型较为复杂且连接条件不易通过显性计算获得.针对上述问题,提出由代数螺线-阿基米德螺线双螺线组合的新型涡旋型线.首先,基于共轭啮合理论求解螺线类涡旋型线曲线极角与主轴转角之间的关系,推导出螺线类涡旋型线的归一化数学方程.其次,根据组合型线的光滑连接条件建立双螺线涡旋型线连接点的约束方程,得到两类双螺线涡旋型线的几何模型.然后,定量分析了第一类双螺线组合型线参数(螺线指数、螺线系数和连接点极角)对涡旋齿几何性能的影响.最后,对比研究了双螺线组合涡旋型线的性能优势.结果表明:第一类双螺线组合型线几何表征简洁、无需进行齿头型线修正即可直接使用;在涡旋齿径向尺寸相同条件下,与传统圆渐开线涡旋齿相比,行程容积提升了7.61%,压缩比提升了27.42%,面积利用系数提升了7.61%.

热固耦合下渐变齿高涡旋齿的变形研究

为了解决由涡旋齿变形所导致的一系列问题,提出了一种新型的齿形设计方案——渐变齿高涡旋齿。通过向外环状递增齿高的方式将齿头粘连问题最小化,利用ABAQUS建立有限元模型,模拟了气体压力和温度场对渐变齿高涡旋齿的影响。研究结果显示,在热固耦合作用下,涡旋齿中心的最大变形量为13μm。随着中心压缩腔体积的减小,涡旋齿的最大变形量也在不断增加,为压缩机结构设计和性能优化提供了一定的理论基础。

涡旋压缩机的变截面涡旋齿及型线设计

针对现有涡旋压缩机涡齿径向多点啮合、运行噪音大、内泄露的问题,提出变截面涡旋齿及其型线设计方法,得到一种两点啮合的渐变壁厚涡旋齿,使得在一个公转平动工作循环中,动涡外壁三角函数渐开线与静涡内壁三角函数渐开线、动涡内壁三角函数渐开线与静涡外壁三角函数渐开线均为两点啮合.建立涡旋齿的几何理论,比较变壁厚涡旋齿和等壁厚涡旋齿的性能参数.结果表明,所提出的涡旋齿两点接触使压缩机运行平稳、噪音低、内泄露少、能效高.

Ⅲ组合型线变截面涡旋齿的参数分析和优化

为研究型线参数对变截面涡旋齿几何性能的影响,以Ⅲ组合型线变截面涡旋齿的型线面积、占积比和行程容积为对象建立相应的数学模型,得到型线参数与研究对象的关系.利用NSGA-Ⅱ算法,以占积比和行程容积为优化目标进行多目标优化设计,得到了相关型线参数的Pareto最优解集,并将优化后涡旋盘与优化前涡旋盘在几何性能和力学性能方面进行对比.结果表明,通过NSGA-Ⅱ算法优化可以有效改善变截面涡旋齿的几何性能,但不利于变截面涡旋盘的力学性能改善.研究结果为Ⅲ组合型线变截面涡旋齿设计时型线参数的选取提供了参考.

双头涡旋齿涡旋压缩机气体力分析

详细分析了整数圈数双头涡旋齿涡旋盘所受的切向力气体力、法向气体力、轴向气体力,提出了在任意曲轴转角下的各种气体力及各个工作腔容积的计算公式。通过对相同排气量的单、双头涡旋齿涡旋盘气体力比较得出:双头涡旋齿涡旋盘所产生的气体力大,是单头涡旋齿涡旋盘所受气体力的1.1～1.5倍;双头涡旋齿涡旋盘所受气体力的波动小,是单头涡旋齿涡旋盘气体力的波动的1/3—1/5。所以双头涡旋齿结构更适合排气量大的场合。通过分析整数圈数及非整数圈数的双头涡旋齿涡旋盘的几何关系,提出了非整数圈数双头涡旋齿涡旋盘的气体力模型。研究结果可在双头涡旋齿涡旋压缩机的设计和研究中直接应用。

涡旋压缩机的一种高低间断涡旋齿研究

通过改变齿高的方法来提高压缩比,提出了一种高低间断涡旋齿,建立了间断齿在气体压缩过程中的数学模型。间断涡旋齿的工作过程中包括了利用高低压气体混合来提高低压气体压力的步骤,包含了依靠高压气体的膨胀来压缩气体的思路。高低间断涡旋齿不但具有压缩比大、结构紧凑等优点,而且可将曲轴内嵌于动涡旋盘内,减小了动涡旋盘所受的倾覆力矩,因而具有较高的综合性能。

涡旋齿数对多齿涡旋压缩机性能的影响

建立适用于任意齿数的多齿涡旋盘通用几何模型,得到压缩机吸气量、压缩比及相对滑动速度等性能参数随涡旋齿数的变化规律,讨论齿厚、齿高和节距等涡旋盘结构参数的制约条件和齿数对涡盘性能的影响,并对圆渐开线与正多边形渐开线作为多涡旋齿齿壁型线的区别进行分析对比。结果表明:与单涡旋齿涡旋压缩机相比,当基圆半径不变时,多涡旋齿相对滑动速度明显减小;当节距不变时,多涡旋齿吸气量明显增加;多齿涡旋压缩机可同时提高排气量、减小压缩机外形尺寸和摩擦损失,更适用于较大吸气量的应用场合。

基于迷宫效应的涡旋齿的切向密封研究

分析了涡旋压缩机涡旋齿切向密封难以实现的原因,提出了基于迷宫效应的涡旋齿切向密封结构。建立了两涡旋齿间缝口间隙的几何模型,提出了确定密封结构有效密封长度的方法,判定泄漏气体在密封结构中是亚音速流动,给出了基于迷宫效应的涡旋齿切向密封结构泄漏量的算法。计算和实验结果表明,基于迷宫效应的涡旋齿切向密封结构具有良好的密封效果。

多涡旋齿涡旋压缩机的双圆弧型线修正研究

建立了双涡旋齿、三涡旋齿及四涡旋齿的双圆弧修正的作图方法,进而得到了任意齿数的多涡旋齿双圆弧修正的通用方法,并分析了齿形参数的变化对修正齿形特点及压缩机性能的影响。通过对不同齿数的多涡旋齿修正齿形啮合特性的讨论,提出了一对大小圆弧能作为多涡旋齿啮合型线的条件,证实了用该修正方法所得到的修正涡旋齿在工作中能实现完全啮合。研究结果表明,多涡旋齿的双圆弧型线修正不但提高了压缩比和齿头强度,而且改善了齿头型线的加工特性,所得到的修正齿形具有较高的综合性能。

涡旋压缩机新型渐变壁厚涡旋齿的设计和工作特性研究

基于法向等距型线设计方法,提出了一种全啮合的涡旋齿型线设计方法,编写了构建全啮合涡旋齿型线的设计程序;设计出一种综合性能较高的新型渐变壁厚全啮合的涡旋齿型线,由变径基圆渐开线和基圆渐开线的等距曲线组成;研究了不同设计参数对涡旋压缩机性能的影响,分析了渐变壁厚涡旋齿涡旋压缩机的流场和涡旋齿的应力和变形。结果表明:新型全啮合渐变壁厚涡旋齿具有增压效果好、容积利用率高、涡旋齿强度高的优点。

EA-SAL修正涡旋齿端面积计算

以EA-SAL修正涡旋齿为对象研究其几何特性,定义了涡旋齿端面积,用解析法推出了修正部分和未修正部分齿端面积的计算公式,并进行了几何参数及齿端面积的实例计算.结果表明,基圆半径、渐开线起始角、起始修正角、修正圆弧半径及涡旋齿终止展角可作为涡旋齿的基本几何参数,修正后的齿端面积明显增大,使涡旋齿中心部分强度提高.

涡旋压缩机涡旋齿的渐开线圆弧修正

在涡旋压缩机涡旋齿型线修正的图解法的基础上,建立了一种新的渐开线圆弧修正的解析法,并得出了型线修正的设计公式和修正型线的方程.解析法的计算结果可以精确到15位以上,提高了型线修正的设计精度.

双涡旋齿涡旋机械渐变壁厚型线的构建

为提高双涡旋齿涡旋机械的综合性能,通过对渐开线类和螺线类涡旋型线生成过程和啮合特性的分析,利用变径圆渐开线和代数螺线分别构建了能够实现正确啮合的渐变壁厚双涡旋齿,并给出其生成方法和型线方程。讨论了涡旋齿壁厚变化规律的影响因素,得到了渐变壁厚单涡旋齿和三涡旋齿。研究结果表明,中心齿头处齿壁较厚的渐变壁厚涡旋齿不但具有面积利用率高和内容积比高等优点,而且其壁厚的变化规律与工作腔内气体压力的变化规律一致,具有较好的热力性能,更适用于双涡旋齿涡旋机械。

基于稳态温度场轴向密封的涡旋齿高研究

分析涡旋压缩机中涡旋齿工作温度分布并建立其稳态温度场模型,基于稳态温度场对涡旋齿高变形进行有限元模拟,研究涡旋齿高变形规律以及对轴向密封的影响,据此提出保证工作过程中齿高变化最小的齿高尺寸偏差设计原则。研究表明:涡旋齿的稳态温度可由其中面温度代替,始端涡旋齿温度为排气温度,温度随展角线性下降;涡旋齿高变形与齿高成正比,涡旋齿始端变形最大,且随涡旋齿展角增大而减小且近似成余弦关系;齿高热变形是影响稳态工作中轴向间隙进而影响涡旋齿轴向密封的主要因素;基于稳态温度场热变形设计齿高尺寸偏差的结果与不考虑温度场的结果相差较大,但试验证明这种设计方法在不提高精度要求的条件下明显提高了涡旋齿轴向密封性能。

涡旋齿端型线的三角函数类修正研究

在深入研究涡旋压缩机型线包络啮合原理的基础上 ,提出了涡旋齿端型线的三角函数类修正几何理论 ,给出了齿端型线的通用修正方程并探讨了各种可能的修正形式。采用等距线法导出了任意封闭压缩腔容积的通用解析表达式和内容积比计算公式。系统地分析了各修正参数对涡旋齿端形状、压缩机内容积比和气体载荷特性的影响 ,精确地给出了它们之间的定量关系 ,总结了修正参数变化与容积效率、摩擦泄漏损失变化之间的规律 ,指出了三角函数类修正与圆弧类修正的转化条件。

双头涡旋齿涡旋压缩机气体力分析

分析了双头涡旋齿涡旋盘所受的各种气体力,提出了在任意曲轴转角下的各种气体力及工作腔容积的计算公式。与单头涡旋齿所受气体力相比,双头涡旋齿所受的气体力具有变化平稳,波动小等特点。研究结果可在双头涡旋齿涡旋压缩机的设计和研究中直接应用。

涡旋齿啮合处相对运动的分析

针对涡旋压缩机涡旋齿啮合处的相对运动作了几何分析 ,指出该处的相对运动为连滚带滑 ,及滚动成分在涡旋盘的外法线方向递增 ,而滑动速率恒定的内在规律。继而对该处的摩擦问题进行剖析 ,确认滑动性质为接近边界摩擦的混合摩擦 ,并且通过一个实例计算得出滚动摩擦部分可忽略不计的结论。

变截面涡旋齿组合型线的径向铣削厚度分析

变截面涡旋齿是新型涡旋压缩机的核心部件,其加工精度决定了压缩机的工作性能。该涡旋齿型线由曲率时刻变化的复杂曲线组合而成,齿型线轮廓度、表面粗糙度等加工精度要求很高。在涡旋齿铣削加工中,给定的径向铣削厚度随型线的曲率变化而变化,若参数选择不好,会使铣削状态恶化,加剧刀具磨损,影响加工精度和效率。文章以三段基圆渐开线组合齿型线为研究对象,分析涡旋齿型线的曲率半径并对型线的刀位轨迹进行处理,建立铣削涡旋齿型线壁面的径向铣削厚度模型。揭示了径向铣削厚度随刀位轨迹的变化规律,为建立变截面涡旋齿型线铣削力模型奠定了理论基础,为控制涡旋齿加工变形,提高加工精度提供了有效途径。

涡旋式压缩机涡旋齿线型修正的新方法

本文分析了在切削加工过程中刀具对涡旋式压缩机渐开线型涡旋齿的干涉现象及其对排气角和压缩机容积比的影响。提出了一种对渐开线线型修正的新方法。经过修正的一对涡旋齿,排气角可达2π,实现零余隙压缩,可以较大幅度地提高压缩比和容积效率。按照这种方法,通过电子计算机求解,得到了十分精确的加工要素,并在产品试制中采用。样机试验结果表明,修正后的涡旋齿啮合情况良好。

多涡旋齿圆渐开线和圆弧组合型线构建

创建出多涡旋齿的圆渐开线—圆弧组合型线,研究了单涡旋齿、双涡旋齿和三涡旋圆渐开线—圆弧组合型线的齿形特点、生成规律和齿形参数间的关系,得出了圆弧作为单涡旋齿及任意齿数的多涡旋齿啮合型线的条件,形成了多涡旋齿圆弧组合型线的通用理论。所提出的圆弧组合型线不但能实现正确啮合,而且对于丰富多涡旋齿型线类型和促进多齿涡旋压缩机的发展具有重要意义。