螺杆压缩机三维模型及ADAMS仿真【毕业论文+CAD图纸全套】

购买文档送 子版图纸， 1970985 或 401339828 本科毕业设计 (论文 ) 学 院 专 业 机械设计制造及其自动化 学生姓名 班级学号 指导教师 年月 购买文档送 子版图纸， 1970985 或 401339828 螺杆压缩机三维模型及 真 买文档送 子版图纸， 1970985 或 401339828 I 摘 要 本文阐述了一小型螺杆压缩机的设计过程。简述了螺杆压缩机的基本结构、工作过程、主要特点和分类。分析了型线的设计过程，转子的几何特性和热力性能的计算方法。 本文在分析型线设计过程，几何特性和热力性能计算方法的基础上 ,选取单边不对称摆线 用 行分析计算，得到型线方程和型线草图，并且完成了几何性 能计算和热力性能计算。在完成转子设计的基础上，进行受力分析，运用各种分析软件选取轴承等零件。在完成计算工作和零件选取后，应用 立了螺杆压缩机各个零件的三维模型，并进行装配，完成螺杆压缩机的三维造型。应用 从 样能够形象直观的说明问题。 关键词 ：螺杆压缩机 ，三维建模， 动仿真 购买文档送 子版图纸， 1970985 或 401339828 of a of of of of on of of of of of On of a of of of to of of 买文档送 子版图纸， 1970985 或 401339828 录 第一章 绪论 基本结构 工作过程 螺杆压缩机特点 螺杆压缩机分类 要工作 二章 转子型线设计 坐标系建立和坐标变换 齿曲线及其共轭曲线 共轭曲线和啮合线方程 销齿圆弧型线的设计 三章 几何特性计算 螺旋齿面方程 转子几何参数间的基本关系 螺旋齿面的法线 相对运动速度 啮合条件 买文档送 子版图纸， 1970985 或 401339828 齿间面积 面积利用系数 齿间容积 内容积比 四章 热力性能计算 内压力比 压力分布图 理论容积流量 容积效率 实际容积流量 五章 转子受力分析 端面轴向力 气体轴向力 六章 三维造型和选择轴承 转子造型 机体和端盖造型 选择圆柱滚子轴承 选择角接触球 轴承 买文档送 子版图纸， 1970985 或 401339828 V 七章 运动仿真 型导入 论 谢 考文献 买文档送 子版图纸， 1970985 或 401339828 1 第一章 概述 基本结构和工作过程 基本结构 通常所称的螺杆压缩机即指双螺杆压缩机。与其他类型的压缩机相比，螺杆压缩机是一种比较新颖的压缩机。 螺杆压缩机的基本结构如图 1示。在压缩机的机体中平行的放置着有一堆相互啮合的螺旋形转子。通常把节圆外具有凸齿的转子，称为阳转子；把节圆外具有凹齿的，称为阴转子。一般阳转子与原动机连接，因此，阳转 子又称主动转子，阴转子又称从动转子。在压缩机机体的两端，分别开设一个供吸气用的称为吸气孔口，另一个供排气用的称为排气孔口。 图 1螺杆压缩机基本结构 工作过程 螺杆压缩机的工作循环可分为吸气、压缩和排气三个过程。随着转子旋转，每对相互啮合的齿相继完成相同的工作循环。图 1示了三个过程。 吸气过程 吸气过程结束压缩过程开始 压缩过程中 排气过程 图 1螺杆压缩机工作过程图 购买文档送 子版图纸， 1970985 或 401339828 2 螺杆压缩机特点及分类 螺杆压缩机特点 就气 体压力提高的原理而言，螺杆压缩机与活塞压缩机相似，都属于容积式压缩机。就主要部件的运动形式而言，又与透平压缩机相似。所以，螺杆压缩机同时兼有上述两类压缩机的特点。 螺杆压缩机的优点： （ 1）可靠性高。螺杆压缩机零部件少，没有易损件，因而它的运转可靠。 （ 2） 操作维护方便。操作人员不必经过长时间的专业培训，可实现无人值守运转。 （ 3）动力平衡性好。螺杆压缩机没有不平衡惯性力，机器可平稳的工作，可实现无基础运转，特别适合用作移动式压缩机，体积小、重量轻、占地面积少。 （ 4）适应性强。螺杆压缩机具有强制输气的特 点，排气量几乎不受排气压力的影响，在宽广的范围内能保护较高的效率。 （ 5）多相混输。螺杆压缩机的转子齿面间实际上留有间隙，因而能耐液体冲击，可压送含液气体、含粉尘气体、易聚合气体等。 螺杆压缩机的主要缺点： （ 1）造价高。螺杆压缩机的转子齿面是空间曲面，需利用特制的刀具，在价格昂贵的专用设备上进行加工。另外，对螺杆压缩机气缸的加工精度也有较高的要求。所以，螺杆压缩机的造价较高。 （ 2）不能用于高压场合。由于受到转子刚度和轴承寿命等方面的限制，螺杆压缩机只能适用于中、低压范围，排气压力一般不能超多 （ 3）不能制成微型。螺杆压缩机依靠间隙密封气体，目前一般只有容积流量大于 ，螺杆压缩机才具有优越的性能。 1 螺杆压缩机分类 螺杆压缩机有多种分类方法：按运行方式的不同，分为无油压缩机和喷油压缩机两类；按被压缩气体种类和用途的不同，分为空气压缩机、制冷压缩机和工艺压缩机三种；按结构形式的不同，分为移动式和固定式、开启式和封闭式等。常见的压缩机分类如下 购买文档送 子版图纸， 1970985 或 401339828 3 螺杆压缩机 发展历程 20世纪 30年代，瑞典工程师 对燃气轮机进行研究时，希望找到一种 作回转运动的压缩机，要求其转速比活塞压缩机高的多，以便可由燃气轮机直接驱动，并且不会发生喘振。为了达到上述目标，他发明了螺杆压缩机。在理论上，螺杆压缩机具有他所需要的那些特点，但由于必须具有非常大的容积流量，才能满足燃气轮机工作的要求，所以螺杆压缩机并没有在此领域获得应用。尽管如此， 司，对螺杆压缩机在其他领域的应用，继续进行了深入的研究。 1937年， 司研制成功了两类螺杆压缩机试验样机，并取得了令人满意的测试结果。 1946年，位于苏 格兰的英国 司，第一次从瑞典 后，欧洲、美国和日本的多家公司也陆续从瑞典 司获得了这种许可证，从事螺杆压缩机的生产和销售。 最先发展起来的螺杆压缩机是无油螺杆压缩机， 1957年喷油螺杆空气压缩机投入了应用， 1961年又研制成功了喷油螺杆制冷压缩机和螺杆工艺压缩机。经过持续的基础理论研究和产品开发试验，通过对转子型线的不断改进和专用转子加工设备的开发成功，螺杆压缩机的优越性能得到了不断地发挥。 近 15年来螺杆在我国空压机、冷冻机、工业泵、塑 料机械中应用越来越广泛。制造设备开始引进英国 司的 25旋转子铣床及其配套设备 (总数十余台 )， 90年代以来国产螺杆铣床及其配套设备开始供应用户。但我国螺杆空气压缩机、冷冻压缩机、泵、塑料机械不但在设计技术上与国际先进水平有差距，在制造技术上更加落后，严重制约了我国这四大类机械产品在国际和国内市场上的竞争力。购买文档送 子版图纸， 1970985 或 401339828 4 为此应该对我国螺杆制造技术的现状和水平有一个清醒的认识，尽快追踪国际先进制造技术的发展趋势，使我国螺杆制造技术和产品质量早日达到国际发达国家水平。 1 论文主要工作 根 据要求，设计一个双螺杆压缩机，对于本设计要做以下几个方面的研究： （ 1） 了解螺杆压缩机的工作过程和具体结构； （ 2） 完成螺杆压缩机方案设计； （ 3） 设计转子型线； （ 4） 计算几何特性； （ 5） 计算热力性能； （ 6） 计算转子受力； （ 7） 完成压缩机建模，仿真。 购买文档送 子版图纸， 1970985 或 401339828 5 第二章 转子型线的设计 转子型线发展过程 螺杆转子设计中，最重要的是设计型线，因为转子型线基本决定了螺杆压缩机的性能好坏。可将螺杆压缩机中的型线分为对称型线和不对称型线，以及单边型线和双边型线。齿顶中心线两边的型线完成相同时，称为对称型线。反之，齿顶 中心线两边的型线不同时，称为不对称型线。只在转子节圆的内部或外部一边具有型线，称为单边型线。节圆的内、外均具有型线，称为双边型线。 螺杆压缩机的转子型线大致经历了三代变迁： (1)对称圆弧型线 第一代转子型线是对称圆弧型线，应用于初期的螺杆压缩机产品。由于对称型线易于设计、制造和测量，这类型线直到现在还被很多干式螺杆压缩机制造商广泛采用。 (2)不对称型线 第二代转子型线是以点、直线和摆线等组成齿曲线为代表的不对称型线。 60 年代后，随着喷油技术的发展，发展了以 线为代表的第二代转子型线。 对称型线 与不对称型线的主要区别，在于采用不对称型线时，泄露三角形的面积大为减小。一半不对称型线的泄露三角形面积仅是对称型线的十分之一左右。因此，采用不对称型线，可以使喷油螺杆压缩机的性能得到明显改善。 (3)新的不对称型线 80 年代后，随着计算机在螺杆压缩机领域的应用，出现了各具特色的多种第三代转子型线。性能优越的只要有 线，日立型线和 线。第二、第三代的型线都是不对称型线，两者之间的主要区别在于：第三代转子型线的组成齿曲线中不再有点、直线和摆线，均采用圆弧、椭圆、抛物线等曲线。这种改变可使转子齿面 由“线”密封改进为“带”密封，能明显提高密封效果，还有利于形成润滑油膜和减少齿面磨损。 购买文档送 子版图纸， 1970985 或 401339828 6 型线方程和啮合线方程 坐标系建立及坐标变换 (1)坐标系建立 为了用数学方程描述螺杆转子型线中各段组成齿曲线，建立如图 2示的四个坐标系： 1 固结在阳转子的动坐标系 2 固结在阴转子的动坐标系 3 阳转子的静坐标系 4 阴转子 的静坐标系 X 1X 2Y 2Y 1x 1x 2y 1y 2 1 2图 2标系关系图 由于螺杆压缩机的阴、阳转子之间是定传动比啮合，固有 错误 !未找到引用源。 （ 2 而 错误 !未找到引用源。 式中 错误 !未找到引用源。 、 错误 !未找到引用源。 阴、阳转子转角； 错误 !未找到引用源。 、 错误 !未找到引用源。 阴、阳转子转速 ； 错误 !未找到引用源。 、 错误 !未找到引用源。 阴、阳转子角速度； 购买文档送 子版图纸， 1970985 或 401339828 7 错误 !未找到引用源。 阴、阳转子节圆半径； 错误 !未找到引用源。 阴、阳转子齿数； i 传动比； A 阴、阳转子中心距。 (2)坐标变换 螺杆压缩机转子型线上的每一点，都可表示在上述四个坐标中，这些坐标系之间的变换关系式如下： 1 动坐标系 1错误 !未找到引用源。 （ 2 或 错误 !未找到引用源。 2 动坐标系 2错误 !未找到引用源。 （ 2 或 错误 !未找到引用源。 3 静坐标系 2错误 !未找到引用源。 （ 2 4 动坐标系 2错误 !未找到引用源。 （ 2 5 动坐标系 1错误 !未找到引用源。 （ 2 齿曲线及其共轭曲线 (1)齿曲线方程及其参数变化范围 螺杆压缩机的转子型线通常由多段组成齿曲线相连接而成。若假设在阴转子上给定了某段组成齿曲线 1为 错误 !未找到引用源。 （ 2 求其共 轭曲线时，应将曲线 1的方程（ 2入动坐标变换式（ 2得到曲购买文档送 子版图纸， 1970985 或 401339828 8 线簇方程为 错误 !未找到引用源。 （ 2 经过推演，可得到其包络条件为 错误 !未找到引用源。 （ 2 同样，若假定阳转子上某段齿曲线 2为 错误 !未找到引用源。 （ 2 求其共轭曲线时，应将曲线 2 的方程（ 2入动坐标变换式（ 2得到曲线簇方程为 错误 !未找到引用源。 （ 2 其包络条件为 错误 !未找到引用源。 （ 2 (2)求共轭曲线方程 若已在阴转子上给定了某段组成齿曲线 1为 错误 !未找到引用源。 （ 2 则其共轭曲线方程，可用方程（ 2补充条件联立表示，即 错误 !未找到引用源。 （ 2 同样，若已在阳转子上给定了某段组成齿曲线 2为 错误 !未找到引用源。 （ 2 则若共轭曲线方程，可用方程（ 2补充条件联立表示，即 错误 !未找到引用源。 （ 2 共轭曲线的啮合线方程 如前所述，啮合线是阴、阳转子共轭曲线的啮合点轨迹，故应该表示在静坐标系中。将共轭曲线中的任一条曲线方程，通过坐标变换式（ 2变换到静坐标系 这仍为一曲线簇，它的包络条件，即 错误 !未找到引用源。 之间的关系 错误 !未找到引用源。 ，就是前面求共轭曲线时的补充条件。 所以，共轭曲线的啮合线方程一般可表示为 购买文档送 子版图纸， 1970985 或 401339828 9 错误 !未找到引用源。 （ 2 单边不对称摆线 单边不对称摆线 组成齿曲线和相应的啮合线列于表 2 表 2边不对称摆线 下面是单边不对称型线 合线方程及相应的参数变化范围的推导过程。 1 2 1 3 2 1x 1y 2 y 1O 2 O 1 2 1图 2单边不对称摆线 （ 1） H 阴转子齿曲线 阴转子曲线性质 阳转子齿曲线 阳转子曲线性质 线 线 弧 弧 线 I 点 D 点 线 线 线 弧 弧 购买文档送 子版图纸， 1970985 或 401339828 10 1 阴转子上的 写出其方程为 错误 !未找到引用源。 （ 2 参数 错误 !未找到引用源。 的变化范围为 错误 !未找到引用源。 （ 2 由直角三角形 错误 !未找到引用源。 （ 2 错误 !未找到引用源。 (2 即 错误 ! 未 找 到 引 用 源 。 （ 2 式中 R 齿高半径，区中心 距 A 的 25%。 2 程 阳转子上的 阴转子上径向直线 共轭曲线，将 方程（ 2入坐标变换式（ 2得曲线簇方程为 错误 !未找到引用源。 （ 2 故有 错误 !未找到引用源。 将上述诸式代入包络条件时（ 2得位置参数与曲线参数的关系为 错误 !未找到引用源。 （ 2 联立式（ 2式（ 2即得到 程，其参数变化范围仍由式（ 2定。分析式 （ 2特征，发现 3 啮合线方程 过把 2入坐标变换式（ 2并与包络条件式（ 2立，得 错误 !未找到引用源。 （ 2 其参数变化范围仍由式（ 2确定。 （ 2） I 1 阴转子上的曲线 p、半径为 方程 为 错误 !未找到引用源。 （ 2 参数 错误 !未找到引用源。 （ 2 购买文档送 子版图纸， 1970985 或 401339828 11 由直角三角形 错误 !未找到引用源。 式中 错误 !未找到引用源。 为保护角，设 错误 !未找到引用源。 。 2 程 眼转子上的曲线 转子上销齿圆弧 共轭曲线，将 方程（ 2入坐标变换式（ 2得曲线簇方程为 错误 !未找到引用源。 （ 2 故有 错误 !未找到引用源。 错误 !未找到引用源。 错误 !未找到引用源。 错误 !未找到引用源 。 将上述诸式带入包络条件式（ 2的包络条件为 错误 !未找到引用源。 即 错误 ! 未 找 到 引 用 源 。 （ 2 误 !未找到引用源。 的位置啮合，而且是整条曲线同时啮合。把式（ 2入式（ 2得到简化后的 错误 !未找到引用源。 （ 2 其参数变化范围仍由式（ 2定。 分析方程（ 2发现其仍为一半径为 且圆心也在节点 p。 3 啮合线方程 把 （ 2带入坐标变换式（ 2并与包络条件（ 2立，得到啮合线方程为 错误 !未找到引用源。 （ 2 其参数变化范围仍由式（ 2定。是（ 2明，销齿圆弧的啮合线是与销齿圆弧一样的圆弧。 (3） D 1 阳转子上的 错误 !未找到引用源。 （ 2 由三角形 购买文档送 子版图纸， 1970985 或 401339828 12 错误 !未找到引用源。 错误 !未找到引用源。 2 程 阴转子上的 线是与阳转子上 I 点共轭的曲线，将 I 点的方程（ 2入坐标变换式（ 2 错误 !未找到引用源。 （ 2 上述方程中只有一个参数 错误 !未找到引用源。 ，而且可以看出是一个摆线方程，且自然满足包络条件，其参数变化范围为 错误 !未找到引用源。 （ 2 阴转子 线上任一点距阴转子中心 错误 !未找到引用源。 （ 2 将式（ 2入（ 2整理后得 错误 !未找到引用源。 即 错误 !未找到引用源。 （ 2 故 错误 !未找到引用源。 （ 2 错误 !未找到引用源。 （ 2 其中 错误 !未找到引用源。 （ 2 错误 !未找到引用源。 式中 e=1%A。 3 啮合线方程 将 I 点方程（ 2入坐标变换式（ 2并且包络条件自然满足，得到啮合线方程为 错误 !未找到引用源。 （ 2 其参数变化范围仍由式（ 2定。 从方程（ 2以看出， I 点与其共轭曲线 合时，其啮合线就是以阳转子中心 圆心、以 1 距离 半径的圆弧，即 I 点在静坐标系中运动轨迹。 （ 4） J 1 阴转子上的 错误 !未找到引用源。 坐标系中的购买文档送 子版图纸， 1970985 或 401339828 13 坐标为 错误 !未找到引用源。 （ 2 其中 错误 !未找到引用源。 由曲线 程（ 2得 错误 !未找到引用源。 （ 2 式中 错误 !未找到引用源。 由式（ 2定。 2 程 阳转子上的 与阴转子上 D 点相啮 合的共轭曲线。将 D 点的方程（ 2入坐标变换式（ 2即得 程为 错误 !未找到引用源。 （ 2 类似于方程（ 2上述方程中也只有一个参数 错误 !未找 到引用源。 ，也是一个摆线方程，其自然满足包络条件，参数变化范围为 错误 !未找到引用源。 （ 2 阳转子 线上任一点距阳转子中心 距离可以用下式表示： 错误 !未找到引用源。 （ 2 将式（ 2入式（ 2，得 错误 !未找到引用源。 即 错误 !未找到引用源。 （ 2 故 错误 !未找到引用源。 （ 2 错误 !未找到引用源。 （ 2 其中 错误 !未找到引用源。 错误 !未找到引用源。 的求法如下： 阳转子上摆线 终点 J 与阴转子径向直线 始点 D 的啮合位置如图 2据啮合定律，啮合线的公法线必通过节点 p，即 是 公法线，于是在直角三角形 ，得 错误 !未找到引用源。 （ 2 又由三角形 购买文档送 子版图纸， 1970985 或 401339828 14 错误 !未找到引用源。 （ 2 O 1解参数变化范围示意图 3 啮合线方程 将 D 点方程（ 2入坐标变换式（ 2并且包络条件自然满足，得到啮合线方程为 错误 !未找到引用源。 （ 2 其参数变化范围仍由式（ 2定。 从方程（ 2以看出， D 点与其共轭曲线 合时，其啮合线就 是 D 点在静坐标系中的轨迹，即以 2的距离为半径圆弧。 （ 5） K 1 阴转子上的 方程为 错误 !未找到引用源。 （ 2 参数 错误 !未找到引用源。 变化范围为 错误 !未找到引用源。 （ 2 2 程 阳转 子上的 方程（ 2入坐标变换式（ 2得曲线簇方程为 错误 !未找到引用源。 （ 2 故有 错误 !未找到引用源。 将上述诸式代入包络条件式（ 2得到曲线参数 错误 !未找到引用源。 与转角参数 错误 !未找到引用源。 的关系为 购买文档送 子版图纸， 1970985 或 401339828 15 错误 !未找到引用源。 （ 2 联 立式（ 2式（ 2即得到 方程。其参数变化范围仍由式（ 2定。另外，式（ 2明 3 啮合线方程 把 2入坐标变换式（ 2并与包络条件式（ 2立，即得到其啮合线方程为 错误 !未找到引用源。 （ 2 其参数变化范围仍由式（ 2定。 （ 6） 1 程 阴 转子上的 线为一圆心在 径为 错误 !未找到引用源。的圆弧，其方程为 错误 !未找到引用源。 （ 2 参数 t 的变化范围为 错误 !未找到引用源。 （ 2 2 程 阳转子上 阴转子上 共轭曲线，将 程（ 2入坐标变换式（ 2得 错误 !未找到引用源。 （ 2 故有 错误 !未找到引用源。 将上式诸式代入包络条件式（ 2得到包络条件为 错 误 !未找到引用源。 （ 2 把式（ 2入（ 2整理后得 错误 ! 未 找 到 引 用 源 。 （ 2 其参数变化范围仍由式（ 2定。从式（ 2可以看出， 圆心在 径为 错误 !未找到引用源。 的圆弧，这说明节圆圆弧的共轭曲线仍为节圆圆弧。 3 啮合线方程 把 2入坐标变换式（ 2 错误 !未找到引用源。 （ 2 购买文档送 子版图纸， 1970985 或 401339828 16 上式表明节圆弧的啮合线为一固定点，即节点 P。 （ 7）具体算出转子型 线方程 在一般的螺杆空气压缩机中，不对称型线趋于采用 5/6 的齿数组合。实测性能表明，这种方案在刚度上也是足够的，并且可比 4/6 组合方案具有更高的效率。分析各种型号的螺杆压缩机，为了满足设计要求。需要选取一些基本参数，假设： 阴、阳转子齿数 错误 !未找到引用源。 分别为 6、 5；故得到传动比 i=5/6， 阴转子节圆半径 错误 !未找到引用源。 由传动比可知，阳转子节圆半径 错误 !未找到引用源。 ； 中心距 A=55； 有了上面的条件，运用上面的计算过程， 编写 算程序，得到得到转子型线各段的具 体方程和参数变化范围，最终可以得到图 2型线。 图 2单边不对称摆线 下面是部分 序： 购买文档送 子版图纸， 1970985 或 401339828 17 图 2型线 第三章 几何特性计算 转子螺旋齿面及其法线方程 螺旋齿面方程 按图 3立阴、阳转子螺旋齿面的坐标系，在该坐标系中， 错误 !未找到引用源。 、 错误 !未找到引用源。 分别为固结在阴、阳转子上，并与阴、阳转子一起转动的动坐标系。另外，规定所有坐标系的平面位于转子的吸气端，通过计算可得到下列阴、阳转子的螺旋齿面方 程。 购买文档送 子版图纸， 1970985 或 401339828 18 X 2 X 1Y 1Y 2y 2x 2Z 2z 2x 1y 1 Z 1z 1o 1o 2 2 1图 3转子螺旋齿面坐标系 （ 1）当阴转子左旋时 错误 !未找到引用源。 （ 3 （ 2）当阳转子右旋时 错误 !未找到引用源。 （ 3 上述两式中， 错误 !未找到引用源。 分别是阴、阳转子型线方程。 P 表征螺旋面的陡峭程度，称为螺旋特性数。 错误 !未找到引用源。 。 T 是形成曲线绕 2)后轴向前进的距离，称为轴节距或导程。 是形成曲线从转子一个断面绕 为扭转角。 转子几何参数间的基本关系 由于螺杆压缩机的转子螺旋齿面是等轴节距的圆柱螺旋面，因此形成曲线上的所有点具有相同的角速度。这就表明同一螺旋面上的各条螺旋线具有相同的轴节距和导程。 等轴节距圆柱螺旋面在同轴圆柱表面上具有下列关系： 错误 !未找到引用源。 （ 3 式 中 T 半径为 R 该螺旋线所在的圆柱表面的半径； 错误 !未找到引用源。