多涡旋齿涡旋压缩机啮合型线理论研究

论文摘要

涡旋压缩机作为一种新型高效的容积式压缩机,与其它类型压缩机相比具有许多不可替代的优点,已经广泛的应用于制冷空调领域中。随着逐渐向大气量和大功率方向的发展,采用双涡旋齿及更多齿数的多涡旋齿结构在增大排气量、减小涡旋盘外径及降低相对滑动速度等方面的显著优势得到了越来越多的认可,然而多涡旋齿啮合型线作为多涡旋齿涡旋压缩机的关键技术问题,所得到的研究甚少。本文以教育部高等学校博士学科点专项科研基金项目“多条涡旋齿型线的啮合理论研究”为依托,建立了多涡旋齿啮合型线构建的数学模型,并以此作为理论依据就单涡旋齿及任意齿数的多涡旋齿的基体型线、型线修正方法及其几何理论等问题展开了深入的理论研究,建立了包含单涡旋齿在内的多涡旋齿啮合型线理论体系;并设计研制了双涡旋齿涡旋压缩机。 通过提出公转中心位置模型将两动静涡旋运动关系、多涡旋齿型线生成规律和共轭型线的判定与求解这三方面紧密的结合在一起,建立了多涡旋齿啮合型线构建的数学模型,确定了最终啮合点的位置,得到了圆弧、圆渐开线和线段等常用型线作为单涡旋齿和多涡旋齿啮合型线的条件,为本文多种多涡旋齿啮合型线的提出奠定了理论基础,并为之提供了能实现正确啮合的证明。 完善了单涡旋齿双圆弧修正设计的解析法,得到了任意齿形参数及任意时刻修正涡旋齿各工作腔容积和任意排气角下修正涡旋齿压缩比的精确计算公式;揭示了双圆弧修正齿形的内在规律和存在条件,提出了第Ⅱ类双圆弧修正齿形和修正角及修正展角分别为最小值时的极值修正齿形,完善了双圆弧型线修正理论;针对单涡旋齿双圆弧修正齿形的固有缺点“只有一个独立的齿形参数,压缩比和齿头强度呈反向变化”,提出了综合性能优于双圆弧修正方法的多对圆弧修正方法和圆渐开线修正方法,并建立其几何理论。 创建了双涡旋齿能实现完全啮合的双圆弧型线修正方法,并建立其几何理论,得到了修正型线方程、修正涡旋齿轴向投影面积和任意曲轴转角下的压缩腔容积的精确计算公式,分析了各齿形参数对修正涡旋齿性能如压缩比和齿头强度等的影响;将双圆弧修正方法扩展到三涡旋齿及四涡旋齿场合,得出了多涡旋齿双圆弧修正齿形的通用生成方法和共同特点,完善了的多涡旋齿双圆弧型线修正理论。 建立了多涡旋齿的正多边形渐开线、代数螺线等7种基体型线,确定了适用条件或型线方程;建立了多涡旋齿的双圆弧修正、圆渐开线修正等10种对称及非对称全啮合型线修正方法,并对修正齿形进行了性能比较;提出了渐开线类型线的通用型线修正齿形,使得型线修正的适用范围扩大到圆渐开线、正多边形渐开线等渐开线类基体型线;

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 主要符号表
• 第1章 绪论
• 1.1 发展回顾
• 1.2 国内外研究现状及存在问题
• 1.2.1 单涡旋齿型线
• 1.2.2 机构模型与柔性机构
• 1.2.3 工作过程特性与模拟
• 1.2.4 主要零部件的动力学特性
• 1.2.5 其它方面
• 1.2.6 型线研究存在的问题
• 1.3 本文选题背景和意义
• 1.4 本文主要工作和创新点
• 第2章 多涡旋齿啮合型线构建的数学模型
• 2.1 公转中心位置模型
• 2.2 均布旋转列阵法生成多涡旋齿型线
• 2.3 平面共轭型线的啮合原理
• 2.3.1 渐开线类型线的特点
• 2.3.2 用法向等距线法求解共轭型线
• 2.3.3 用解析包络线法求解共轭型线
• 2.4 多涡旋齿啮合型线构建的数学模型
• 2.4.1 多涡旋齿型线的分类
• 2.4.2 模型建立
• 2.4.3 边界条件
• 2.5 模型讨论
• 2.5.1 圆弧线作为多涡旋齿的啮合型线
• 2.5.2 圆渐开线作为多涡旋齿的啮合型线
• 2.5.3 线段作为多涡旋齿的啮合型线
• 2.6 本章小结
• 第3章 单涡旋齿的型线修正
• 3.1 双圆弧修正的解析法设计
• 3.1.1 双圆弧修正齿形生成的图解法
• 3.1.2 齿形参数间关系与修正型线方程
• 3.1.3 修正涡旋齿的分块与轴向投影面积
• 3.1.4 任意曲轴转角下的压缩腔与中心腔容积
• 3.1.5 型线修正图解法设计的误差分析
• 3.2 涡旋齿双圆弧修正的原理
• 3.2.1 双圆弧修正齿形的内在几何规律
• 3.2.2 第Ⅰ类和第Ⅱ类双圆弧修正齿形
• 3.3 多对圆弧修正方法
• 3.3.1 多对圆弧修正齿形的生成
• 3.3.2 涡旋齿2对圆弧修正齿形的几何理论
• 3.3.3 涡旋齿多对圆弧修正的几何理论
• 3.3.4 不同圆弧对数的修正齿形比较
• 3.4 采用圆渐开线修正涡旋齿的方法
• 3.4.1 圆渐开线修正齿形的几何理论
• 3.4.2 齿形参数间的变化关系
• 3.4.3 齿形参数对修正齿形的影响
• 3.4.4 与双圆弧修正齿形的区别
• 3.5 本章小结
• 第4章 多涡旋齿的基体型线
• 4.1 多涡旋齿的多边形渐开线
• 4.1.1 正多边形渐开线
• 4.1.2 组合多边形渐开线
• 4.2 多涡旋齿的渐变壁厚型线
• 4.2.1 阿基米德螺线
• 4.2.2 代数螺线
• 4.2.3 变径基圆渐开线
• 4.3 多涡旋齿的组合型线
• 4.3.1 圆渐开线-圆弧组合型线
• 4.3.2 等壁厚圆弧-线段组合型线
• 4.4 多涡旋齿的几何理论及设计
• 4.4.1 几何模型
• 4.4.2 涡旋盘的设计
• 4.4.3 性能比较
• 4.5 本章小结
• 第5章 多涡旋齿的型线修正
• 5.1 双涡旋齿的双圆弧修正
• 5.1.1 修正齿形的几何理论
• 5.1.2 修正涡旋齿的轴向投影面积
• 5.1.3 单个压缩腔容积
• 5.2 多涡旋齿的双圆弧修正
• 5.2.1 多涡旋齿双圆弧修正齿形的生成
• 5.2.2 修正齿形的变化规律
• 5.2.3 多涡旋齿双圆弧修正齿形的啮合
• 5.3 多涡旋齿的圆弧直线修正和圆渐开线修正
• 5.3.1 多涡旋齿的圆弧直线修正
• 5.3.2 多涡旋齿的圆渐开线修正
• 5.3.3 多涡旋齿的组合修正
• 5.4 多涡旋齿的非对称修正齿形
• 5.4.1 非对称圆弧修正齿形
• 5.4.2 多涡旋齿的非对称圆弧直线修正
• 5.5 渐开线类型线的通用型线修正齿形
• 5.6 本章小结
• 第6章 多涡旋齿排气孔的开设
• 6.1 多涡旋齿排气孔的开设原则
• 6.2 单涡旋齿排气口的理论开设区域
• 6.2.1 非全啮合涡旋齿的排气孔
• 6.2.2 全啮合涡旋齿的排气孔
• 6.3 双涡旋齿排气口的理论开设区域
• 6.3.1 非全啮合涡旋齿的排气孔
• 6.3.2 全啮合涡旋齿的排气孔
• 6.3.3 非对称全啮合涡旋齿的排气孔
• 6.3.4 可用排气孔形状
• 6.4 三涡旋齿排气孔的理论开设区域
• 6.4.1 非全啮合涡旋齿的排气孔
• 6.4.2 全啮合涡旋齿的排气孔
• 6.4.3 非对称全啮合涡旋齿的排气孔
• 6.4.4 可用排气孔的形状
• 6.5 排气孔的工作特性
• 6.5.1 单涡旋齿排气孔
• 6.5.2 双涡旋齿排气孔
• 6.6 本章小结
• 第7章 双涡旋齿涡旋压缩机工作过程分析
• 7.1 工作腔的形成特点
• 7.2 压缩过程热力学模型
• 7.2.1 工作腔之间的气体泄漏
• 7.2.2 工作腔之间传热
• 7.3 排气孔孔口流动模型
• 7.4 涡旋盘所受的气体力
• 7.5 双涡旋齿涡旋压缩机的工作过程特点
• 7.6 本章小结
• 第8章 双涡旋齿涡旋压缩机研制及实验研究
• 8.1 双涡旋齿无油润滑涡旋空压机的研制
• 8.2 样机性能测试
• 8.3 动盘轴向间隙对性能影响的实验研究
• 8.4 定量控制气体含油量的实验研究
• 8.4.1 密封结构
• 8.4.2 实验装置与实验方法
• 8.4.3 实验结果
• 8.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录