螺桿壓縮機的設(shè)計與運動仿真畢業(yè)設(shè)計設(shè)計

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1、 畢業(yè)設(shè)計（論文）誠信聲明 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計（論文）是我個人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進行的研究工作及取得的研究成果。就我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表和撰寫的研究成果，也不包含為獲得華東交通大學(xué)或其他教育機構(gòu)的學(xué)位或證書所使用過的材料。 如在文中涉及抄襲或剽竊行為，本人愿承擔(dān)由此而造成的一切后果及責(zé)任。 本人簽名____________ 導(dǎo)師簽名__________ 年 月 日 摘要 華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 姓名 學(xué)號 2009031006020

2、7 畢業(yè)屆別 2013屆 專業(yè) 09機電（2）班 畢業(yè)設(shè)計（論文）題目 螺桿壓縮機的設(shè)計與運動仿真 指導(dǎo)教師 學(xué)歷 博士 職稱 副教授 一、具體任務(wù)： 具體內(nèi)容： 1．螺桿壓縮機的工作原理學(xué)習(xí)和研究 2．熟悉PRO/E等軟件 3．設(shè)計螺桿壓縮機工作過程示意圖及固定動作程序 4．設(shè)計螺桿壓縮機的結(jié)構(gòu)裝配圖 5．螺桿壓縮機的運動仿真研究 6．英文翻譯3000字 7．設(shè)計論文 （初、終稿）２本 8．整個設(shè)計要符合學(xué)校畢業(yè)設(shè)計要求 二、進度安排： 1. 查閱文獻，畢業(yè)實習(xí)，熟悉PRO/E等軟件，撰寫開題報告 3周 2. 設(shè)計螺

3、桿壓縮機工作過程示意圖及固定動作程序 1周 3. 設(shè)計螺桿壓縮機的結(jié)構(gòu)裝配圖 3.5周 4. 進行螺桿壓縮機的運動仿真 　 　　　 3周 5. 設(shè)計計算說明書編寫（初、終稿）　　　 1.5周 6. 答辯 指導(dǎo)教師簽字：施陽和

4、 2012年 11 月 5日 教研室意見： 教研室主任簽字： 年 月 日 題目發(fā)出日期 2012.11 設(shè)計（論文）起止時間 附注： 畢業(yè)設(shè)計開題報告書 課題名稱 螺桿壓縮機的設(shè)計與運動仿真 課題來源 課題類型 畢業(yè)設(shè)計 導(dǎo)師 施陽和 學(xué)生姓

5、名 黎春 學(xué)號 20090310060207 專業(yè) 機械電子工程 螺桿壓縮機的介紹 雙螺桿壓縮機屬于回轉(zhuǎn)式壓縮機，是一種工作容積作旋轉(zhuǎn)運動的容積式氣體壓縮機械。氣體的壓縮是通過容積的變化來實現(xiàn)，而容積的變化又是借壓縮機的一個或幾個轉(zhuǎn)子在氣缸里作旋轉(zhuǎn)運動來達(dá)到?；剞D(zhuǎn)式壓縮機的工作容積不同于往復(fù)式壓縮機，它除了周期性地擴大和縮小外，其空間位置也在變更。 回轉(zhuǎn)式壓縮機靠容積的變化來實現(xiàn)氣體的壓縮，這一點與往復(fù)式壓縮機相同，它們都屬于容積式壓縮機；回轉(zhuǎn)式壓縮機的主要機件（轉(zhuǎn)子）在氣缸內(nèi)作旋轉(zhuǎn)運動，這一點又與速度式壓縮機相同。所以，回轉(zhuǎn)式壓縮機同時兼有上述兩類機器的特

6、點。 回轉(zhuǎn)式壓縮機沒有往復(fù)運動機構(gòu)，一般沒有氣閥，零部件（特別是易損件）少，結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，因而制造方便，成本低廉；同時，操作簡便，維修周期長，易于實現(xiàn)自動化。 回轉(zhuǎn)式壓縮機的排氣量與排氣壓力幾乎無關(guān)，與往復(fù)式壓縮機一樣，具有強制輸氣的特征。 回轉(zhuǎn)式壓縮機運動機件的動力平衡性良好，故壓縮機的轉(zhuǎn)數(shù)高、基礎(chǔ)小。這一優(yōu)點，在移動式機器中尤為明顯。 回轉(zhuǎn)式壓縮機轉(zhuǎn)數(shù)高，它可以和高速原動機（如電動機、內(nèi)燃機、蒸汽輪機等）直接相聯(lián)。高轉(zhuǎn)數(shù)帶來了機組尺寸小、重量輕的優(yōu)點。同時，在轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一周之內(nèi)，通常有多次排氣過程，所以它輸氣均勻、壓力脈動小，不需設(shè)置大容量的儲氣罐。 回轉(zhuǎn)式壓縮機的適應(yīng)性

7、強，在較大的工況范圍內(nèi)保持高效率。排氣量小時，不像速度式壓縮機那樣會產(chǎn)生喘振現(xiàn)象。 在某些類型的回轉(zhuǎn)式壓縮機（如羅茨鼓風(fēng)機、螺桿式壓縮機）中，運動機件相互之間，以及運動機件與固定機件之間，并不直接接觸，在工作容積的周壁上無需潤滑，可以保證氣體的潔凈，做到絕對無油的壓送氣體（這類機器成為無油回轉(zhuǎn)壓縮機）。同時，由于相對運動的機件之間存在間隙以及沒有氣閥，故它能壓送污濁和帶液滴、含粉塵的氣體。 但是，回轉(zhuǎn)式壓縮機也有它的缺點，這些缺點是： 由于轉(zhuǎn)數(shù)較高，加之工作容積與吸排氣孔口周期性地相通、切斷，產(chǎn)生較為強烈的空氣動力噪聲，其中螺桿式壓縮機、羅茨鼓風(fēng)機尤為突出，若不采取消音措

8、施，即不能被用戶所利用。 許多回轉(zhuǎn)式壓縮機，如螺桿式、羅茨式、轉(zhuǎn)子式等，運動機件表面多呈曲面形狀，以其嚙合運動使工作容積改變，這些曲面的加工及其校驗均較復(fù)雜，有的還需使用專用設(shè)備。 回轉(zhuǎn)式壓縮機工作容積的周壁，大多不是圓柱形，使運動機件之間或運動機件與固定機件之間的密封問題較難滿意解決，通常僅以其間保持一定的運動間隙達(dá)到密封，氣體通過間隙勢必產(chǎn)生泄漏，這就限制了回轉(zhuǎn)式壓縮機難以達(dá)到較高的終了壓力。 回轉(zhuǎn)式壓縮機的形式和結(jié)構(gòu)類型較多，分類也各有不同。 按轉(zhuǎn)子的數(shù)量區(qū)分：單轉(zhuǎn)子和雙轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)式壓縮機，個別情況下還有多轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)壓縮機； 按氣體壓縮的方式區(qū)分：有

9、內(nèi)壓縮和無內(nèi)壓縮回轉(zhuǎn)式壓縮機； 按工作容積是否有油（液）區(qū)分：有無油（液）和噴油（液）回轉(zhuǎn)式壓縮機。 通常都按結(jié)構(gòu)元件的特征區(qū)分和命名，目前廣為使用的有羅茨鼓風(fēng)機、滑片式壓縮機和螺桿式壓縮機。此外，單螺桿壓縮機、液環(huán)式壓縮機、偏心轉(zhuǎn)子式壓縮機以及旋轉(zhuǎn)活塞式壓縮機等在不同領(lǐng)域內(nèi)也得到應(yīng)用。 上述各種回轉(zhuǎn)式壓縮機，除羅茨鼓風(fēng)機屬無內(nèi)壓縮的機器外，其余均是有內(nèi)壓縮的機器。 雙螺桿壓縮機是一種很年輕的壓縮機型，在最近二十五年才發(fā)展成熟，形成系列化。約在一百多年前，人們已經(jīng)知道雙螺桿壓縮機的工作原理，但類似今天設(shè)計的雙螺桿壓縮機的誕生日，則應(yīng)該是在1934年，SRM工廠的

10、總工程師A?利斯霍爾姆（A?Lysholm）的專利出現(xiàn)的時候。后來，又發(fā)明了圓弧形齒，非對稱齒形SRM和今天的第四代節(jié)能型。 回轉(zhuǎn)式壓縮機大多作為中、小排氣量，中、低壓壓縮機或鼓風(fēng)機之用。目前，回轉(zhuǎn)式壓縮機在冶金、化工、石油、交通運輸、機械制造以及建筑工程等工業(yè)部門得到廣泛的應(yīng)用；隨著人民生活水平的逐步提高，在耐用消費品中也將得到廣泛的應(yīng)用。 研究雙螺桿壓縮機的目的和意義 本次設(shè)計主要是設(shè)計通用的噴油雙螺桿空氣壓縮機。在深刻理解前人研究的理論基礎(chǔ)上，在給定設(shè)計參數(shù)和設(shè)計要求的條件下，研究雙螺桿壓縮機的轉(zhuǎn)子型線、幾何特性、工作過程、受力分析及轉(zhuǎn)子的加工，以進一步提高雙螺桿壓縮機的機械性

11、能。設(shè)計新型轉(zhuǎn)子型線，使接觸線長度、泄漏三角形面積和封閉余隙容積3者達(dá)到最優(yōu)化。利用自備砂輪修正器的轉(zhuǎn)子專用數(shù)控磨床，快速加工出新型線的轉(zhuǎn)子，使轉(zhuǎn)子的精度和表面粗糙度預(yù)計超過現(xiàn)有的值。設(shè)計吸氣孔口的形狀和合理位置，來提高壓縮機效率。同時，研究型線和孔口配置等因素對噪聲的影響指標(biāo)，從而更有效地降低噪聲。通過設(shè)計雙螺桿壓縮機，可以了解雙螺桿壓縮機的發(fā)展歷程、研究現(xiàn)狀和發(fā)展方向；深入理解雙螺桿壓縮機的基本結(jié)構(gòu)、特點、主要零部件設(shè)計選型、主機結(jié)構(gòu)設(shè)計和機組系統(tǒng)設(shè)計；重點研究的是雙螺桿壓縮機的轉(zhuǎn)子型線、幾何特性、工作過程、受力分析、轉(zhuǎn)子加工和主要設(shè)計參數(shù)的確定。通過設(shè)計，能了解設(shè)計的一般要求和規(guī)則，能將

12、理論知識與生產(chǎn)實際聯(lián)系起來。 雙螺桿壓縮機是一種比較新穎的壓縮機，因其可靠性高、操作維修方便、動力平衡性好、適應(yīng)性強等優(yōu)點，而廣泛地應(yīng)用于礦山、化工、動力、冶金、建筑、機械、制冷等工業(yè)部門。統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，螺桿壓縮機的銷售量已占所有容積式壓縮機銷售總量的80%以上，在所有正在運行的容積式壓縮機中，有50%是螺桿壓縮機，今后螺桿壓縮機的市場份額仍將不斷擴大?？梢钥闯?，螺桿壓縮機的設(shè)計研究在工業(yè)生產(chǎn)中具有十分重要的意義。通過本設(shè)計，可以充分了解雙螺桿壓縮機的有關(guān)知識，以及如何進一步改善其性能和擴大其應(yīng)用范圍，使雙螺桿壓縮機能得到更好的發(fā)展，為生產(chǎn)和生活服務(wù)?？梢詫⑺鶎W(xué)理論知識與生產(chǎn)實際聯(lián)系起來，并

13、積累了寶貴的經(jīng)驗，為以后的工作打下了一個堅實的基礎(chǔ)。 雙螺桿壓縮機的特點和應(yīng)用前景 雙螺桿壓縮機的特點 就氣體壓力提高的原理而言，螺桿壓縮機與活塞壓縮機相同，都屬于容積式壓縮機。就主要部件的運動形式而言，又與透平壓縮機相似。所以，螺桿壓縮機同時兼有上述兩類機器的特點。 （１）螺桿壓縮機的主要優(yōu)點： 1）可靠性高。螺桿壓縮機零部件少，沒有易損件，因而它運轉(zhuǎn)可靠，壽命長，大修間隔期可達(dá)4-8萬h. 2)操作維護方便。螺桿壓縮機自動化程度高，操作人員不必經(jīng)過長時間的專業(yè)培訓(xùn)，可實現(xiàn)無人值守運轉(zhuǎn)。 3）動力平衡好。螺桿壓縮機沒有不平衡慣性力，機器可平穩(wěn)地高速工作，可實現(xiàn)無基礎(chǔ)運轉(zhuǎn)，特別適

14、合用作移動式壓縮機，體積小、重量輕、占地面積少。 4）適應(yīng)性強。螺桿壓縮機具有強制輸氣的特點，容積流量幾乎不受排氣壓力的影響，在寬廣的范圍內(nèi)能保持較高的效率，在壓縮機結(jié)構(gòu)不作任何改變的情況下，適用于多種共質(zhì)。 5）多相混輸。螺桿壓縮機的轉(zhuǎn)子齒面間實際上留有間隙，因而能耐液體沖擊，可輸送含液氣體、含粉塵氣體、易聚合氣體等。 （２）螺桿壓縮機的主要缺點： 1）造價高。由于螺桿壓縮機的轉(zhuǎn)子齒面是一空間曲面，需利用特制的刀具在價格昂貴的專用設(shè)備上進行加工。另外，對螺桿壓縮機氣缸的加工精度也有較高的要求。 2）不能用于高壓場合。由于受到轉(zhuǎn)子剛度和軸承壽命等方面的限制，螺桿壓縮機只能用于中、低壓

15、范圍，排氣壓力一般不超過3MPa。 3）不能用于微型場合。螺桿壓縮機依靠間隙密封氣體，目前一般只有容積流量大于0.2m3/min時，螺桿壓縮機才具有優(yōu)越的性能。 雙螺桿壓縮機的應(yīng)用前景 （1） 噴油螺桿空氣壓縮機 動力用的噴油螺桿壓縮機已系列化，一般都是在大氣壓力下吸入氣體，單級排氣壓力有0.7 MPa、1.0MPa和1.3 MPa（表壓）等不同形式。少數(shù)用于驅(qū)動大型風(fēng)鉆的兩級壓縮機，排氣壓力可達(dá)到2.5 MPa（表壓）。此類壓縮機目前的容積流量范圍為0.2-100m3/min，越來越被用到對空氣品質(zhì)要求非常高的應(yīng)用場合，如食品、醫(yī)藥及棉紡企業(yè)，占據(jù)了許多原屬無油壓縮機的市場。

16、（2）噴油螺桿制冷壓縮機 目前，半封閉和全封閉式螺桿制冷壓縮機廣泛應(yīng)用于住宅和商用樓房的中央空調(diào)系統(tǒng)，產(chǎn)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過開啟式。此外，螺桿制冷壓縮機還用于工業(yè)制冷、食品冷凍、冷藏，以及各種交通運輸工具的制冷裝置。 在環(huán)境溫度下工作時，單級螺桿制冷壓縮機可達(dá)-25℃的蒸發(fā)溫度，采用經(jīng)濟器或雙級壓縮，可達(dá)-40℃的蒸發(fā)溫度。既能供冷又能供暖的冷熱兩用螺桿機組，近年發(fā)展很快。目前螺桿制冷壓縮機標(biāo)準(zhǔn)工況下制冷量范圍為10-2500KW。 （3） 噴油螺桿工藝壓縮機 噴油螺桿工藝壓縮機的工作壓力由工藝流程確定，單級壓力比可達(dá)10，排氣壓力通常小于4.5MPa，但可高達(dá)9MPa，容積流量范圍為1-2

17、00 m3/min。 （4） 干式螺桿壓縮機 目前一般干式螺桿壓縮機的單級壓力比為1.5-3.5，雙級壓力比可達(dá)8-10，容積流量為3-500m3/min。 （5） 噴水螺桿壓縮機 使噴入的水與潤滑油隔開，用于一些可能發(fā)生聚合反應(yīng)的氣體，向壓縮機入口噴入適當(dāng)?shù)娜軇詻_掉這些化合物。 （6）其他螺桿機械 螺桿壓縮機可作為油、氣、水多相流混輸泵使用，也可作為真空泵使用單級真空度可達(dá)98%，能耗較其他類型真空泵低20%-50%。此外，螺桿機械還可作為膨脹機使用。 國內(nèi)外雙螺桿壓縮機的發(fā)展 螺桿壓縮機的螺桿齒形發(fā)展體現(xiàn)在以下四個階段：第一代為Lysholm齒形，主

18、要線段由點生成擺線組成，限于當(dāng)年加工條件，主要用于無油螺桿壓縮機；第二代為1964年的對稱圓弧齒形，4+6齒，主要線段由圓弧和與之嚙合的圓弧包絡(luò)線組成，動力用螺桿壓縮機為主要應(yīng)用對象；第三代為非對稱齒形SRM，4+6齒，主要線段由生成擺線和圓弧包絡(luò)線組成，其效率較第二代提高10%，廣泛用于噴油和無油螺桿壓縮機；第四代，1982年后以SRM-D齒形為代表，5+6齒，4+5齒，5+7齒，主要線段為線生成式曲線，無尖點，凡第四代齒形均為節(jié)能型。 近年來，人們逐漸對內(nèi)部進行噴油的雙螺桿壓縮機產(chǎn)生了興趣。由于精密的專用數(shù)控轉(zhuǎn)子加工銑床和磨床已經(jīng)使任何型線的加工變得很方便，大量的研究工作在型線方面。其次

19、陰、陽螺桿齒數(shù)從6：4發(fā)展到6：5。 日本的神鋼與日立公司，在將近50年的時間里不斷成功地開發(fā)出了節(jié)能明顯的各種系列螺桿壓縮機。從某種程度而言，日本的空壓機節(jié)能技術(shù)的發(fā)展代表了當(dāng)今世界空壓機技術(shù)的發(fā)展方向。 雙螺桿壓縮機在我國的發(fā)展歷程較短，是一種比較新穎的壓縮機，但其發(fā)展很快。目前，我國的噴油內(nèi)冷卻的動力用雙螺桿壓縮機比功率已達(dá)5.56KW（ /min），已超過國外產(chǎn)品最好的比功率5.54KW（ /min）。封閉式螺桿空壓機噪聲可達(dá)60-85dB(A),國外螺桿壓縮機無故障運行在7* h，國內(nèi)螺桿壓縮機壽命可達(dá)4* h。西安交大刑子文教授開發(fā)的“SCCAD”螺桿設(shè)計計算軟件，已轉(zhuǎn)交給多家

20、海內(nèi)外企業(yè)應(yīng)用。螺桿壓縮機在國外占據(jù)80%以上移動式空壓機市場，國內(nèi)市場因柴油機方面的原因占份額不大，只有外資產(chǎn)品占有較少市場，螺桿空氣壓縮機占螺桿壓縮機總量的85%，制冷空調(diào)方面螺桿壓縮機約占12%?？梢哉f，我國的個別企業(yè)的螺桿壓縮機已經(jīng)達(dá)到國際先進水平。 未來螺桿壓縮機的市場份額仍將不斷擴大，特別是無油螺桿空氣壓縮機和各類螺桿工藝壓縮機，會獲得更快的發(fā)展。目前，有人開始研究兩螺桿嚙合過程中磨損問題和潤滑油在齒面上的分布，以提高轉(zhuǎn)子壽命。有文獻報道已可做到無磨損嚙合。在制冷中，對于Co 作制冷劑的跨臨界循環(huán)，用螺桿壓縮機與螺桿膨脹機組成一體的機組已經(jīng)被開發(fā)。未來主要是進一步提高螺桿壓縮機的

21、性能，擴大螺桿壓縮機的應(yīng)用范疇。 設(shè)計的具體內(nèi)容： 1．螺桿壓縮機的工作原理學(xué)習(xí)和研究 2．熟悉PRO/E等軟件 3．設(shè)計螺桿壓縮機工作過程示意圖及固定動作程序 4．設(shè)計螺桿壓縮機的結(jié)構(gòu)裝配圖 5．螺桿壓縮機的運動仿真研究 6．英文翻譯3000字 7．設(shè)計論文 （初、終稿）２本 8．整個設(shè)計要符合學(xué)校畢業(yè)設(shè)計要求 設(shè)計的進度安排： 1. 查閱文獻，畢業(yè)實習(xí)，熟悉PRO/E等軟件，撰寫開題報告 3周 2. 設(shè)計螺桿壓縮機工作過程示意圖及固定動作程序 1周 3. 設(shè)計螺桿壓縮機的結(jié)構(gòu)裝配圖

22、 3.5周 4. 進行螺桿壓縮機的運動仿真 　 　　　 3周 5. 設(shè)計計算說明書編寫（初、終稿）　　　 1.5周 指導(dǎo)教師簽名： 日期： 華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(論文)評閱書(1) 姓名 黎春 學(xué)號 2

23、0090310060207 專業(yè) 機械電子工程 畢業(yè)設(shè)計(論文)題目 螺桿壓縮機的設(shè)計與運動仿真 指導(dǎo)教師評語： 得分 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日 評閱人評語： 得分 評閱人簽字： 年 月 日等級 華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(論文)評閱書(2) 姓名 黎春 學(xué)號 20090310060207 專業(yè) 機械電子工程 畢業(yè)

24、設(shè)計(論文)題目 螺桿壓縮機的設(shè)計與運動仿真 答辯委員會意見： 等級 答辯委員會主任簽字： 年 月 日（學(xué)院公章） 答辯小組評語： 等級

25、 組長簽字： 年 月 日 注：答辯小組根據(jù)評閱人的評閱簽署意見、初步評定成績，交答辯委員會審定，蓋學(xué)院公章。 “等級”用優(yōu)、良、中、及、不及五級制（可按學(xué)院制定的畢業(yè)設(shè)計(論文)成績評定辦法評定最后成績）。 華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯記錄 姓名 黎春 學(xué)號 20090310060207 畢業(yè)屆別 2013 專業(yè) 機械電子工程 題目 螺桿壓縮機的設(shè)計與運動仿真 答辯時間 答辯組成員（簽字）： 答辯記錄：

26、 記錄人（簽字）： 年 月 日 答辯小組組長（簽字）： 年 月 日 附注： 螺桿壓縮機的設(shè)計與運動仿真 摘要 雙螺桿壓縮機是一種比較新穎的壓縮機，因其可靠性高、操作維修方便、動力平衡性好、適應(yīng)性強等優(yōu)點，而廣泛地應(yīng)用于礦山、建筑、化工、冶金、動力、機

27、械、制冷等工業(yè)部門。雙螺桿壓縮機已經(jīng)超過所有工業(yè)壓縮機的50 ％，其市場份額超過80 ％，今后其市場份額還將繼續(xù)擴大?？梢姡芯侩p螺桿壓縮機具有十分重要的意義。本課題主要是設(shè)計通用的噴油雙螺桿空氣壓縮機，采用單邊不對稱擺線-銷齒圓弧型型線，陰、陽轉(zhuǎn)子齒數(shù)比為6：4。設(shè)計新型轉(zhuǎn)子型線，目的是使接觸線長度、泄漏三角形面積和封閉余隙容積3者達(dá)到最優(yōu)化設(shè)計，以進一步提高雙螺桿壓縮機的機械性能。重點研究的是雙螺桿壓縮機的轉(zhuǎn)子型線設(shè)計、幾何特性、受力分析、熱力學(xué)計算。 【關(guān)鍵詞】雙螺桿壓縮機；轉(zhuǎn)子型線；嚙合線；齒間容積

28、 I [Abstract] The twin-screw compressor is a kind of newly emerging compressor. Because of its high reliability, easy repair, good balance and good adaptability etc, and widely applied to such industrial departments as mine, chemical industry, power, metallurgy, architecture, m

29、achinery, refrigeration, etc. By designing the project, the volumetric efficiency is 70%, the compressed temperature is more 80℃。It is very important to design and research a twin-screw compressor in industrial. The project is to design a universal twin-screw air compressor, and to adopt single side

30、 asymmetric swept line unilaterally and dowel tooth circular rotor profile. There are six lobes on the female rotor and four lobes on the male rotor. The aim of designing a new rotor profile is to optimize the contact line length, blowhole area and clearance volume. That can improve the mechanical p

31、erformance of a twin-screw compressor further. The project is mainly to research a twin-screw compressor rotor profile, geometry characteristic, mechanics analysis, thermodynamics calculation [Keywords] A twin-screw compressor；rotor profile；mesh curve；tooth space volume.

32、 1 目錄 目錄 緒論 1 1.螺桿壓縮機簡介 1 2.雙螺桿壓縮機的特點和應(yīng)用前景 2 3.國內(nèi)外雙螺桿壓縮機的研究進展 3 4.研究雙螺桿壓縮機的目的和意義 4 第一章 雙螺桿壓縮機的基本結(jié)構(gòu)和工作原理 5 1.1基本結(jié)構(gòu) 5 1.2工作原理 5 1.2.1吸氣過程 5 1.2.2壓縮過程 6 1.2.3排氣過程 6 第二章 雙螺桿壓縮機的轉(zhuǎn)子和結(jié)構(gòu)設(shè)計 8 2.1 轉(zhuǎn)子型線設(shè)計原則 8 2.1.1轉(zhuǎn)子型線及其要素 8 2.1.2轉(zhuǎn)子型線設(shè)計原則 8 2.2 型線方程和嚙合線方程 9

33、2.2.1坐標(biāo)系建立及坐標(biāo)變換 9 2.2.2齒曲線及其共軛曲線 10 2.3 單邊不對稱擺線-銷齒圓弧型線 13 2.4齒間面積和面積利用系數(shù) 21 2.5齒間容積及其變化過程 22 2.6雙螺桿壓縮機的結(jié)構(gòu)設(shè)計 24 2.7雙螺桿壓縮機的吸、排氣孔口設(shè)計 24 2.7.1 吸氣孔口 24 2.7.2軸向吸氣孔口 25 2.7.3軸向排氣孔口 25 2.7.4徑向排氣孔口 26 2.8主要零部件設(shè)計和選材 27 2.8.1機體 27 2.8.2轉(zhuǎn)子 27 2.8.3軸承 27 2.8.4軸封 27 第三章 雙螺桿壓縮機的熱力學(xué)和功率計算 28 3.1扭角系數(shù)

34、及內(nèi)壓比 28 3.1.1扭角系數(shù) 28 3.1.2內(nèi)壓力比 29 3.2軸功率及絕熱效率 29 3.2.1軸功率 29 3.2.2絕熱效率ηad 30 3.2.3絕熱指示效率hi 30 3.3電動機功率 30 3.3.1傳動效率 30 3.3.2電動機功率 30 3.3.3電功率 30 第四章 雙螺桿壓縮機的proe主要零件圖、組裝圖和仿真圖 31 1. 主要零件圖 31 2. 組裝圖 35 3. 仿真圖 37 中英文翻譯 40 總結(jié) 49 致謝 50 附錄 51 參考文獻 53 華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 緒論 1.螺桿壓縮機簡介 我

35、們通常所說的壓縮機是指雙螺桿壓縮機，雙螺桿壓縮機屬于回轉(zhuǎn)式壓縮機，是一種工作容積作旋轉(zhuǎn)運動的容積式氣體壓縮機械。氣體的壓縮是通過容積的變化來實現(xiàn)，而容積的變化又是借壓縮機的一個或幾個轉(zhuǎn)子在氣缸里作旋轉(zhuǎn)運動來達(dá)到?；剞D(zhuǎn)式壓縮機的工作容積不同于往復(fù)式壓縮機，它除了周期性地擴大和縮小外，其空間位置也在變更。 回轉(zhuǎn)式壓縮機靠容積的變化來實現(xiàn)氣體的壓縮，這一點與往復(fù)式壓縮機相同，它們都屬于容積式壓縮機；回轉(zhuǎn)式壓縮機的主要機件（轉(zhuǎn)子）在氣缸內(nèi)作旋轉(zhuǎn)運動，這一點又與速度式壓縮機相同。所以，回轉(zhuǎn)式壓縮機同時兼有上述兩類機器的特點。 回轉(zhuǎn)式壓縮機沒有往復(fù)運動機構(gòu)，一般沒有氣閥，零部件（特別是易損件）少，結(jié)構(gòu)

36、簡單、緊湊，因而制造方便，成本低廉；同時，操作簡便，維修周期長，易于實現(xiàn)自動化。 回轉(zhuǎn)式壓縮機的排氣量與排氣壓力幾乎無關(guān)，與往復(fù)式壓縮機一樣，具有強制輸氣的特征。 回轉(zhuǎn)式壓縮機運動機件的動力平衡性良好，故壓縮機的轉(zhuǎn)數(shù)高、基礎(chǔ)小。這一優(yōu)點，在移動式機器中尤為明顯。 回轉(zhuǎn)式壓縮機轉(zhuǎn)數(shù)高，它可以和高速原動機（如電動機、內(nèi)燃機、蒸汽輪機等）直接相聯(lián)。高轉(zhuǎn)數(shù)帶來了機組尺寸小、重量輕的優(yōu)點。同時，在轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一周之內(nèi)，通常有多次排氣過程，所以它輸氣均勻、壓力脈動小，不需設(shè)置大容量的儲氣罐。 回轉(zhuǎn)式壓縮機的適應(yīng)性強，在較大的工況范圍內(nèi)保持高效率。排氣量小時，不像速度式壓縮機那樣會產(chǎn)生喘振現(xiàn)象。 在某

37、些類型的回轉(zhuǎn)式壓縮機（如羅茨鼓風(fēng)機、螺桿式壓縮機）中，運動機件相互之間，以及運動機件與固定機件之間，并不直接接觸，在工作容積的周壁上無需潤滑，可以保證氣體的潔凈，做到絕對無油的壓送氣體（這類機器成為無油回轉(zhuǎn)壓縮機）。同時，由于相對運動的機件之間存在間隙以及沒有氣閥，故它能壓送污濁和帶液滴、含粉塵的氣體。 但是，回轉(zhuǎn)式壓縮機也有它的缺點，這些缺點是： 由于轉(zhuǎn)數(shù)較高，加之工作容積與吸排氣孔口周期性地相通、切斷，產(chǎn)生較為強烈的空氣動力噪聲，其中螺桿式壓縮機、羅茨鼓風(fēng)機尤為突出，若不采取消音措施，即不能被用戶所利用。 許多回轉(zhuǎn)式壓縮機，如螺桿式、羅茨式、轉(zhuǎn)子式等，運動機件表面多呈曲面形狀，以其嚙

38、合運動使工作容積改變，這些曲面的加工及其校驗均較復(fù)雜，有的還需使用專用設(shè)備。 回轉(zhuǎn)式壓縮機工作容積的周壁，大多不是圓柱形，使運動機件之間或運動機件與固定機件之間的密封問題較難滿意解決，通常僅以其間保持一定的運動間隙達(dá)到密封，氣體通過間隙勢必產(chǎn)生泄漏，這就限制了回轉(zhuǎn)式壓縮機難以達(dá)到較高的終了壓力。 回轉(zhuǎn)式壓縮機的形式和結(jié)構(gòu)類型較多，分類也各有不同。 按轉(zhuǎn)子的數(shù)量區(qū)分：單轉(zhuǎn)子和雙轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)式壓縮機，個別情況下還有多轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)式 55 黎春：螺桿壓縮機的設(shè)計與運動仿真 壓縮機； 按氣體壓縮的方式區(qū)分：有內(nèi)壓縮和無內(nèi)壓縮回轉(zhuǎn)式壓縮機； 按工作容積是否有油（液）區(qū)分：有無油（液）和噴油（

39、液）回轉(zhuǎn)式壓縮機。 通常都按結(jié)構(gòu)元件的特征區(qū)分和命名，目前廣為使用的有羅茨鼓風(fēng)機、滑片式壓縮機和螺桿式壓縮機。此外，單螺桿壓縮機、液環(huán)式壓縮機、偏心轉(zhuǎn)子式壓縮機以及旋轉(zhuǎn)活塞式壓縮機等在不同領(lǐng)域內(nèi)也得到應(yīng)用。 上述各種回轉(zhuǎn)式壓縮機，除羅茨鼓風(fēng)機屬無內(nèi)壓縮的機器外，其余均是有內(nèi)壓縮的機器。 回轉(zhuǎn)式壓縮機大多作為中、小排氣量，中、低壓壓縮機或鼓風(fēng)機之用。目前，回轉(zhuǎn)式壓縮機在冶金、化工、石油、交通運輸、機械制造以及建筑工程等工業(yè)部門得到廣泛的應(yīng)用；隨著人民生活水平的逐步提高，在耐用消費品中也將得到廣泛的應(yīng)用。 2.雙螺桿壓縮機的特點和應(yīng)用前景 2.1雙螺桿壓縮機的特點 就氣體壓力提高的原理

40、而言，螺桿壓縮機與活塞壓縮機相同，都屬于容積式壓縮機。就主要部件的運動形式而言，又與透平壓縮機相似。所以，螺桿壓縮機同時兼有上述兩類機器的特點。 （１）螺桿壓縮機的優(yōu)點如下： 1）可靠性高。螺桿壓縮機零部件少，沒有易損件，因而它運轉(zhuǎn)可靠，壽命長，大修間隔期可達(dá)4-8萬h. 2)操作維護方便。螺桿壓縮機自動化程度高，操作人員不必經(jīng)過長時間的專業(yè)培訓(xùn)，可實現(xiàn)無人值守運轉(zhuǎn)。 3）動力平衡好。螺桿壓縮機沒有不平衡慣性力，機器可平穩(wěn)地高速工作，可實現(xiàn)無基礎(chǔ)運轉(zhuǎn)，特別適合用作移動式壓縮機，體積小、重量輕、占地面積少。 4）適應(yīng)性強。螺桿壓縮機具有強制輸氣的特點，容積流量幾乎不受排氣壓力的影響，在

41、寬廣的范圍內(nèi)能保持較高的效率，在壓縮機結(jié)構(gòu)不作任何改變的情況下，適用于多種共質(zhì)。 5）多相混輸。螺桿壓縮機的轉(zhuǎn)子齒面間實際上留有間隙，因而能耐液體沖擊，可輸送含液氣體、含粉塵氣體、易聚合氣體等。 （２）螺桿壓縮機的主要缺點： 1）造價高。由于螺桿壓縮機的轉(zhuǎn)子齒面是一空間曲面，需利用特制的刀具在價格昂貴的專用設(shè)備上進行加工。另外，對螺桿壓縮機氣缸的加工精度也有較高的要求。 2）不能用于高壓場合。由于受到轉(zhuǎn)子剛度和軸承壽命等方面的限制，螺桿壓縮機只能用于中、低壓范圍，排氣壓力一般不超過3MPa。 3）不能用于微型場合。螺桿壓縮機依靠間隙密封氣體，目前一般只有容積流量大于0.2m3/min

42、時，螺桿壓縮機才具有優(yōu)越的性能。 華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 2.2雙螺桿壓縮機的應(yīng)用前景 （1） 噴油螺桿空氣壓縮機 動力用的噴油螺桿壓縮機已系列化，一般都是在大氣壓力下吸入氣體，單級排氣壓力有0.7 MPa、1.0MPa和1.3 MPa（表壓）等不同形式。少數(shù)用于驅(qū)動大型風(fēng)鉆的兩級壓縮機，排氣壓力可達(dá)到2.5 MPa（表壓）。此類壓縮機目前的容積流量范圍為0.2-100m3/min，越來越被用到對空氣品質(zhì)要求非常高的應(yīng)用場合，如食品、醫(yī)藥及棉紡企業(yè)，占據(jù)了許多原屬無油壓縮機的市場。 （2）噴油螺桿制冷壓縮機 目前，半封閉和全封閉式螺桿制冷壓縮機廣泛應(yīng)用于住宅和商用樓房的中央空

43、調(diào)系統(tǒng)，產(chǎn)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過開啟式。此外，螺桿制冷壓縮機還用于工業(yè)制冷、食品冷凍、冷藏，以及各種交通運輸工具的制冷裝置。 在環(huán)境溫度下工作時，單級螺桿制冷壓縮機可達(dá)-25℃的蒸發(fā)溫度，采用經(jīng)濟器或雙級壓縮，可達(dá)-40℃的蒸發(fā)溫度。既能供冷又能供暖的冷熱兩用螺桿機組，近年發(fā)展很快。目前螺桿制冷壓縮機標(biāo)準(zhǔn)工況下制冷量范圍為10-2500KW。 （3） 噴油螺桿工藝壓縮機 噴油螺桿工藝壓縮機的工作壓力由工藝流程確定，單級壓力比可達(dá)10，排氣壓力通常小于4.5MPa，但可高達(dá)9MPa，容積流量范圍為1-200 m3/min。 （4） 干式螺桿壓縮機 目前一般干式螺桿壓縮機的單級壓力比為1.5

44、-3.5，雙級壓力比可達(dá)8-10，容積流量為3-500m3/min。 （5） 噴水螺桿壓縮機 使噴入的水與潤滑油隔開，用于一些可能發(fā)生聚合反應(yīng)的氣體，向壓縮機入口噴入適當(dāng)?shù)娜軇?，以沖掉這些化合物。 （6） 其他螺桿機械 螺桿壓縮機可作為油、氣、水多相流混輸泵使用，也可作為真空泵使用單級真空度可達(dá)98%，能耗較其他類型真空泵低20%-50%。此外，螺桿機械還可作為膨脹機。 3.國內(nèi)外雙螺桿壓縮機的研究進展 螺桿壓縮機的螺桿齒形發(fā)展體現(xiàn)在以下四個階段：第一代為Lysholm齒形，主要線段由點生成擺線組成，限于當(dāng)年加工條件，主要用于無油螺桿壓縮機；第二代為1964年的對稱圓弧齒形

45、，4+6齒，主要線段由圓弧和與之嚙合的圓弧包絡(luò)線組成，動力用螺桿壓縮機為主要應(yīng)用對象；第三代為非對稱齒形SRM，4+6齒，主要線段由生成擺線和圓弧包絡(luò)線組成，其效率較第二代提高10%，廣泛用于噴油和無油螺桿壓縮機；第四代，1982年后以SRM-D齒形為代表，5+6齒，4+5齒，5+7齒，主要線段為線生成式曲線，無尖點，凡第四代齒形均為節(jié)能型。 近年來，人們逐漸對內(nèi)部進行噴油的雙螺桿壓縮機產(chǎn)生了興趣。由于精密的專用數(shù)控轉(zhuǎn)子加工銑床和磨床已經(jīng)使任何型線的加工變得很方便，大量的研究工作在型線方面。其次陰、陽螺桿齒數(shù)從6：4發(fā)展到6：5。 日本的神鋼與日立公司，在將近50年的時間里不斷成功地開發(fā)出

46、了節(jié)能明顯的各種系列螺桿壓縮機。從某種程度而言，日本的空壓機節(jié)能技術(shù)的發(fā)展代表了當(dāng)今世界空壓機技術(shù)的發(fā)展方向。 雙螺桿壓縮機在我國的發(fā)展歷程較短，是一種比較新穎的壓縮機，但其發(fā)展很快。目前，我國的噴油內(nèi)冷卻的動力用雙螺桿壓縮機比功率已達(dá)5.56KW（ /min），已超過國外產(chǎn)品最好的比功率5.54KW（ /min）。封閉式螺桿空壓機噪聲可達(dá)60-85dB(A),國外螺桿壓縮機無故障運行在7* h，國內(nèi)螺桿壓縮機壽命可達(dá)4* h。西安交大刑子文教授開發(fā)的“SCCAD”螺桿設(shè)計計算軟件，已轉(zhuǎn)交給多家海內(nèi)外企業(yè)應(yīng)用。螺桿壓縮機在國外占據(jù)80%以上移動式空壓機市場，國內(nèi)市場因柴油機方面的原因占份額不

47、大，只有外資產(chǎn)品占有較少市場，螺桿空氣壓縮機占螺桿壓縮機總量的85%，制冷空調(diào)方面螺桿壓縮機約占12%?？梢哉f，我國的個別企業(yè)的螺桿壓縮機已經(jīng)達(dá)到國際先進水平。 今后螺桿壓縮機的市場份額仍將不斷擴大，特別是無油螺桿空氣壓縮機和各類螺桿工藝壓縮機，會獲得更快的發(fā)展。目前，有人開始研究兩螺桿嚙合過程中磨損問題和潤滑油在齒面上的分布，以提高轉(zhuǎn)子壽命。有文獻報道已可做到無磨損嚙合。在制冷中，對于Co 作制冷劑的跨臨界循環(huán)，用螺桿壓縮機與螺桿膨脹機組成一體的機組已經(jīng)被開發(fā)。未來主要是進一步提高螺桿壓縮機的性能，擴大其應(yīng)用范圍。 4.研究雙螺桿壓縮機的目的和意義 本課題主要是設(shè)計通用的噴油雙螺桿空氣

48、壓縮機。在深刻理解前人研究的理論基礎(chǔ)上，在給定設(shè)計參數(shù)和設(shè)計要求的條件下，研究雙螺桿壓縮機的轉(zhuǎn)子型線、幾何特性、工作過程、受力分析及轉(zhuǎn)子的加工，以進一步提高雙螺桿壓縮機的機械性能。設(shè)計新型轉(zhuǎn)子型線，使接觸線長度、泄漏三角形面積和封閉余隙容積3者達(dá)到最優(yōu)化。利用自備砂輪修正器的轉(zhuǎn)子專用數(shù)控磨床，快速加工出新型線的轉(zhuǎn)子，使轉(zhuǎn)子的精度和表面粗糙度預(yù)計超過現(xiàn)有的值。設(shè)計吸氣孔口的形狀和合理位置，來提高壓縮機效率。同時，研究型線和孔口配置等因素對噪聲的影響指標(biāo)，從而更有效地降低噪聲。通過設(shè)計雙螺桿壓縮機，可以了解雙螺桿壓縮機的發(fā)展歷程、研究現(xiàn)狀和發(fā)展方向；深入理解雙螺桿壓縮機的基本結(jié)構(gòu)、特點、主要零部件

49、設(shè)計選型、主機結(jié)構(gòu)設(shè)計和機組系統(tǒng)設(shè)計；重點研究的是雙螺桿壓縮機的轉(zhuǎn)子型線、幾何特性、工作過程、受力分析、轉(zhuǎn)子加工和主要設(shè)計參數(shù)的確定。通過設(shè)計，能了解設(shè)計的一般要求和規(guī)則，能將理論知識與生產(chǎn)實際聯(lián)系起來。 雙螺桿壓縮機是一種比較新穎的壓縮機，因其可靠性高、操作維修方便、動力平衡性好、適應(yīng)性強等優(yōu)點，而廣泛地應(yīng)用于礦山、化工、動力、冶金、建筑、機械、制冷等工業(yè)部門。統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，螺桿壓縮機的銷售量已占所有容積式壓縮機銷售總量的80%以上，在所有正在運行的容積式壓縮機中，有50%是螺桿壓縮機，今后螺桿壓縮機的市場份額仍將不斷擴大?？梢钥闯觯輻U壓縮機的設(shè)計研究在工業(yè)生產(chǎn)中具有十分重要的意義。通過

50、本設(shè)計，可以充分了解雙螺桿壓縮機的有關(guān)知識，以及如何進一步改善其性能和擴大其應(yīng)用范圍，使雙螺桿壓縮機能得到更好的發(fā)展，為生產(chǎn)和生活服務(wù)?？梢詫⑺鶎W(xué)理論知識與生產(chǎn)實際聯(lián)系起來，并積累了寶貴的經(jīng)驗，為以后的工作打下了一個堅實的基礎(chǔ)。 第一章 雙螺桿壓縮機的基本結(jié)構(gòu)和工作原理 1.1基本結(jié)構(gòu) 通常所稱的螺桿壓縮機指的是雙螺桿壓縮機。雙螺桿壓縮機的發(fā)展歷程較短，是一種比較新穎的壓縮機。 雙螺桿壓縮機是一種容積式的回轉(zhuǎn)機械。由一對陰、陽螺桿，一個殼體與一對端蓋組成。在倒“8”形的氣缸中，平行地配置著一對相互嚙合的螺旋形轉(zhuǎn)子，分別稱為陰、陽轉(zhuǎn)子。它們和機體之間構(gòu)成一

51、個“V”字形的一對密封的齒槽空間隨著轉(zhuǎn)子的回轉(zhuǎn)而逐漸變小，并且其位置在空間也不斷從吸氣口向排氣口移動，從而完成吸氣-壓縮-排氣的全部過程。 一般陽轉(zhuǎn)子與原動機連接，由陽轉(zhuǎn)子帶動陰轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。在壓縮機機體的兩端，分別開設(shè)一定形狀和大小的孔口。一個供吸氣用，稱作吸氣孔口；另一個供排氣用，稱作排氣孔口。 1.2工作原理 螺桿壓縮機的工作循環(huán)可分為吸氣、壓縮和排氣三個過程。隨著轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，每對相互嚙合的齒相繼完成相同的工作循環(huán)，這里只研究其中一對齒。 1.2.1吸氣過程 圖1示出的螺桿壓縮機的吸氣過程，所討論的一對齒用箭頭標(biāo)出，陽轉(zhuǎn)子按逆時針方向旋轉(zhuǎn)，陰轉(zhuǎn)子按順時針方向旋轉(zhuǎn)，圖中的轉(zhuǎn)子端面是吸氣

52、端面。機殼上有特定形狀的吸氣孔口如圖1粗實線所示。 圖1 雙螺桿壓縮機的吸氣過程 a）吸氣過程即將開始 b）吸氣過程中 c）吸氣過程結(jié)束 圖1（a）示出的是吸氣過程即將開始時的轉(zhuǎn)子位置。在這一時刻，這一對齒前端的型線完全嚙合，且即將與吸氣孔口連通。 隨著轉(zhuǎn)子開始運動，由于齒的一端逐漸脫離嚙合而形成齒間容積，這個齒間容積的擴大，在其內(nèi)部形成了一定的真空，而此齒間容積又僅與吸氣口連通，因此氣體便在壓差作用下流入其中，如圖1（b）中陰影部分所示。在隨后的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)過程中，陽轉(zhuǎn)子齒不斷從陰轉(zhuǎn)子的齒槽中脫離出來，齒間容積不斷擴大，并與吸氣孔口保持連通。 吸氣過

53、程結(jié)束時的轉(zhuǎn)子位置如圖1（c）所示，其最顯著的特征是齒間容積達(dá)到最大值，隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，所研究的齒間容積不會再增加。齒間容積在此位置與吸氣孔口斷開，吸氣過程結(jié)束。 1.2.2壓縮過程 a）吸氣過程即將開始 b）吸氣過程中 c）吸氣過程結(jié)束、排氣過程即將開始 圖2示出螺桿壓縮機的壓縮過程。這是從上面看相互嚙合的轉(zhuǎn)子，圖中的轉(zhuǎn)子端面是排氣端面，機殼上的排氣孔口如圖中粗實線所示。在這里，陽轉(zhuǎn)子沿順時針方向旋轉(zhuǎn)，陰轉(zhuǎn)子沿逆時針方向旋轉(zhuǎn)。 圖2 雙螺桿壓縮機的壓縮過程 圖2（a）示出壓縮過程即將開始時的轉(zhuǎn)子位置。 隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，齒間容積由于轉(zhuǎn)子齒的嚙合

54、而不斷減少。被密封在容積中的氣體所占據(jù)的體積也隨之減少，導(dǎo)致壓力升高，從而實現(xiàn)氣體的壓縮過程，圖3（b）。壓縮過程可一直持續(xù)到齒間容積即將與排氣孔口連通之前。 1.2.3排氣過程 圖3 雙螺桿壓縮機的排氣過程 a）排氣過程中 b）排氣過程結(jié)束 圖3示出螺桿壓縮機的排氣過程。齒間容積與排氣孔口連通后，即開始排氣過程。隨著齒間容積的不斷縮小，具有排氣壓力的氣體逐漸通過排氣孔口被排出，圖3（a）。這個過程一直持續(xù)到齒末端的型線完全嚙合，圖3(b) 。此時，齒間容積內(nèi)的氣體通過排氣孔口被完全排出，封閉的齒間容積變?yōu)榱恪?

55、 第二章 雙螺桿壓縮機的轉(zhuǎn)子和結(jié)構(gòu)設(shè)計 2.1 轉(zhuǎn)子型線設(shè)計原則 2.1.1轉(zhuǎn)子型線及其要素 螺桿壓縮機最關(guān)鍵的是一對相互嚙合的轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子的齒面與轉(zhuǎn)子軸線垂直面的截交線稱為轉(zhuǎn)子型線。 對于螺桿壓縮機轉(zhuǎn)子型線的要求，主要是在齒間容積之間有優(yōu)越的密封性能，因為這些齒間容積是實現(xiàn)氣體壓縮的工作腔。對螺桿壓縮機性能有重大影響的轉(zhuǎn)子型線要素有接觸線、泄漏三角形、封閉容積和齒間面積等。 （1）接觸線 。螺桿壓縮機的陰、陽轉(zhuǎn)子嚙合時，兩轉(zhuǎn)子齒面相互接觸而形成的空間曲線稱為接觸線。如果轉(zhuǎn)子齒面間的接觸連續(xù)，則處在高壓力區(qū)內(nèi)的氣體將

56、通過接觸線中斷缺口，向低壓力區(qū)泄漏。 陰、陽轉(zhuǎn)子型線嚙合時的嚙合點軌跡，稱為嚙合線。嚙合線實質(zhì)是接觸線在轉(zhuǎn)子端面上的投影。顯然接觸線連續(xù)，意味著嚙合線應(yīng)該是一條連續(xù)的封閉曲線。 （2）泄漏三角形 。在接觸線頂點和機殼的轉(zhuǎn)子氣缸孔之間，會形成一個空間曲邊三角形，稱為泄漏三角形。若嚙合線頂點距陰、陽轉(zhuǎn)子齒頂圓的交點較遠(yuǎn)，則說明泄漏三角形面積較大。 （3）封閉容積 。如果在齒間容積開始擴大時，不能立即開始吸氣過程，就會產(chǎn)生吸氣封閉容積。吸氣封閉容積的存在，影響了齒間容積的正常充氣。從轉(zhuǎn)子型線可定性看出封閉容積的大小。 （4）齒間面積 。它是齒間容積在轉(zhuǎn)子端面上的投影。轉(zhuǎn)子型線的齒間面積越大，

57、轉(zhuǎn)子的齒間容積就越大。 2.1.2轉(zhuǎn)子型線設(shè)計原則 （１） 滿足嚙合要求。螺桿壓縮機的陰、陽轉(zhuǎn)子型線必須是滿足嚙合定律的共軛型線。 （２） 形成長度較短的連續(xù)接觸線。為了盡可能減少氣體通過間隙帶的泄漏，要求設(shè)法縮短轉(zhuǎn)子間的接觸線長度。 （３）應(yīng)形成較面積的泄漏三角形。 （４）應(yīng)使封閉容積較小。吸氣封閉容積導(dǎo)致壓縮機功耗增加、效率降低、噪聲增大。所以轉(zhuǎn)子型線應(yīng)使封閉容積盡可能小地。 （５）齒間面積盡量大。較大的齒間面積使泄漏量占的份額相對減少，效率得到提高。 2.2 型線方程和嚙合線方程 2.2.1坐標(biāo)系建立及坐標(biāo)變換 （1）坐標(biāo)系建立 為了用數(shù)學(xué)方程描述螺桿型線中各段

58、組成齒曲線，建立如圖4所示的四個坐標(biāo)系： 圖4 坐標(biāo)系關(guān)系圖 1）固結(jié)在陽轉(zhuǎn)子的動坐標(biāo)系 2）固結(jié)在陰轉(zhuǎn)子的動坐標(biāo)系。 3）陽轉(zhuǎn)子的靜坐標(biāo)系。 4）陰轉(zhuǎn)子的靜坐標(biāo)系。 由于螺桿壓縮機的陰、陽轉(zhuǎn)子之間是定傳動比嚙合，故有: （2-1） 式中，φ2、φ1為陰、陽轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角；n2、n1為陰、陽轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速；ω2、ω1 為陰、陽轉(zhuǎn)子角速度；R2t、R1t為陰、陽轉(zhuǎn)子節(jié)圓半徑；z2、z1為陰、陽轉(zhuǎn)子齒數(shù)；i為傳動比； A為陰、陽轉(zhuǎn)子中心距。 2）坐標(biāo)變換 螺桿壓縮機轉(zhuǎn)子型線上的每一點，都可以表示在上述四個坐標(biāo)系中，這些坐標(biāo)之間的變換關(guān)

59、系式如下： a) 動坐標(biāo)系與靜坐標(biāo)系的變換 （2-2） b) 動坐標(biāo)系與靜坐標(biāo)系的變換 （2-3） c) 靜坐標(biāo)系與靜坐標(biāo)系的變換 （2-4） d) 動坐標(biāo)系與動坐標(biāo)系的變換 （2-5） e) 動坐標(biāo)系與動坐標(biāo)系的變換 （2-6） 2.2.2齒曲線及其共軛曲線 （1）齒曲線方程及其參數(shù)變換范圍 螺桿壓縮機的轉(zhuǎn)子型線通常由多段組成齒曲線相接而成。在設(shè)計轉(zhuǎn)子型線時，通常先在陽轉(zhuǎn)子或陰轉(zhuǎn)子上給定一些組成齒曲線，用如下的參數(shù)方程表示在相應(yīng)的轉(zhuǎn)子動坐標(biāo)系中： （2-7） 上式中，參數(shù)t的始點和終點決定了此組成曲線的起點b和終點e的坐標(biāo)和。 （

60、2）齒曲線的共軛曲線方程 轉(zhuǎn)子組成齒曲線的共軛曲線，是指另一個轉(zhuǎn)子上與所選定的組成齒曲線相嚙合的曲線段，現(xiàn)假定已在陰轉(zhuǎn)子上給定了一段組成齒曲線2為 （2-8） 1）求出陰轉(zhuǎn)子上組成齒曲線相對于陽轉(zhuǎn)子運動時的曲線簇方程 將方程（2-8）代入坐標(biāo)變換式（2-5），得 （2-9） 2）找出曲線簇的包絡(luò)條件 把包絡(luò)條件的顯函數(shù)形式代入曲線簇方程（9），就是曲線簇的包絡(luò)線方程，即 （2-10）

61、 此包絡(luò)線上任一點的切線斜率可微分上式，得 （2-11） 與包絡(luò)線共切于該點的曲線簇中的一條曲線（φ1為常數(shù)），其斜率為 （2-12） 由于是公切線，這兩切線的斜率應(yīng)該相等，令式（2-11）與式（2-12）右邊相等，整理得 （2-13） 或 （2-14） 同樣，若假定在陽轉(zhuǎn)子上給定了一段組成齒曲線1，即 （2-15） 將曲線1的方程（2-15）代入動坐標(biāo)變換式（2-6），得到曲線簇的方程為 （2-16） 經(jīng)類似的推演，可得其包絡(luò)條件為 （2-17） 3）求共軛曲線方程 若已在陰轉(zhuǎn)子上給定了一段組成曲線的2為 （2-

62、18） 則其共軛曲線方程，可用方程（2-10）及補充條件聯(lián)立表示，即 （2-19） 同樣，若已在陽轉(zhuǎn)子上給定了一段曲線1為 則其共軛曲線方程，可用方程（2-16）及補充條件聯(lián)立表示，即 （2-20） 4）共軛曲線的嚙合線方程 共軛曲線的嚙合線方程一般可表示為 （2-21） 2.3 單邊不對稱擺線-銷齒圓弧型線 本設(shè)計采用我國規(guī)定的螺桿壓縮機標(biāo)準(zhǔn)的單邊不對稱擺線-銷齒圓弧型線。如圖5所示。其組成齒曲線和相應(yīng)的嚙合線見附表1。 圖5 單邊不對稱擺線-銷齒圓弧型線 a）型線 b）嚙合線 這種單邊不對稱擺線-銷齒圓

63、弧型線與原始不對稱型線的主要區(qū)別在于： 采用徑向直線AB及DE倒棱修正，去除了原始不對稱型線外圓上的擺線形成點，并使擺線IJ的形成點向內(nèi)移動。另外，將圓弧齒曲線擴大一角度，形成保護角，使擺線CD的形成點I處于陽轉(zhuǎn)子外圓之內(nèi)，保護了對嚙合性能很敏感的擺線形成點。修正后，便于轉(zhuǎn)子在加工、安裝、運行及儲運中保護擺線形成點。但使接觸線頂點與轉(zhuǎn)子齒頂圓交點之距離略有增大，使通過泄漏三角形的泄漏量增加。為此，通常限制直線段DE的長度在0.5-2mm 的允許范圍之內(nèi)。處在低壓側(cè)的直線段AB的長度，由于不影響氣密性，通常從制造工藝出發(fā)，使其與圓弧BC光滑過度。 現(xiàn)在推導(dǎo)各段齒曲線方程、嚙合線方程及相應(yīng)的參數(shù)

64、變化范圍。 1）AB與GH ① AB方程 陰轉(zhuǎn)子上的AB為一徑向直線，其方程為: （2-22） 參數(shù)ρ2的變化范圍為 （2-23） 由三角形O2BP,有 （2-24） （2-25） 即 （2-26） 式中,Z2、Z1分別為陰、陽轉(zhuǎn)子齒數(shù)，R為齒高半徑，在標(biāo)準(zhǔn)中，規(guī)定R=25.625%A。 ② GH方程 陽轉(zhuǎn)子上的GH為陰轉(zhuǎn)子上徑向直線AB的共軛曲線，將AB的方程（2-22）代入（2-5），得曲線簇方程為 （2-27） 故有 將上述諸式代入包絡(luò)條件式（2-14），可得位置參數(shù)與曲線參數(shù)的關(guān)系為 （2-

65、28） 聯(lián)立（2-27）和（2-28）可得到GH的方程，可發(fā)現(xiàn)GH的性質(zhì)是一擺線。 ③ 嚙合線方程 AB和GH嚙合時的嚙合線方程，可按式（2-21），通過把AB的方程（2-22）代入坐標(biāo)變換式（2-3），并與包絡(luò)條件式（2-28）聯(lián)立得到，即 （2-29） BC與HI ①BC方程 陰轉(zhuǎn)子上的曲線BC為一圓心在節(jié)點 P，半徑為R的圓弧，又稱銷齒圓弧，其方程為 （2-30） 參數(shù)t為 （2-31） 由直角三角形O2BP，有 a 1為保護角，通常為5-10，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為5。 ②HI方程 陽轉(zhuǎn)子上的曲線HI是陰轉(zhuǎn)子上銷齒圓弧BC的共軛曲線，將BC的方程（2

66、-30）代入坐標(biāo)變換式（2-5），得曲線簇方程為 （2-32） 故有 將上述諸式代入包絡(luò)條件式（2-14），可得包絡(luò)條件為 即 （2-33） 由此可見，BC與HI僅在的位置嚙合，而且是整條曲線同時嚙合。把式（2-33）代入式（2-32），得到簡化后的HI方程為 （2-34） 銷齒圓弧的共軛曲線仍是一完全的銷齒圓弧，兩曲線僅在 的瞬時嚙合，而且是沿著整個圓弧段同時嚙合。 ③嚙合線方程 把BC方程（2-30），代入坐標(biāo)變換式（2-3），并與包絡(luò)條件（2-33）聯(lián)立，得到嚙合線方程為 （2-35） 式（2-35）表明，銷齒圓弧的嚙合線是與銷齒圓弧一樣的圓弧。 2）I點與CD ①I點方程 陽轉(zhuǎn)子上的I點為一固定點，在坐標(biāo)系中的 （2-36） 而由三角形O1IP可知： ②CD方程 陰轉(zhuǎn)子上的CD曲線是與陽轉(zhuǎn)子上I點共軛的曲線，將I點的方程（2-36）代入坐標(biāo)變換式（2-6），得 （2-37） 參數(shù)變化范圍為 （2-38） 陰轉(zhuǎn)子CD曲線上任一點距陰轉(zhuǎn)子中心O2的距離可用下