（机械工程专业论文）螺杆压缩机转子型线的设计和加工工艺的研究.pdf

山东大学工程硕士学位论文 摘要 在中型压缩机范围内，螺杆压缩机的销售量己占所有容积式压缩机销售量的 8 0 以上。而在所有正在运行的容积式压缩机中，有5 0 是螺杆压缩机。螺杆压缩 机的成功主要依靠高精度的型线磨削加工，转子型线的加工公差能够保证在1 0 m 以下。磨削加工能够经济地加工啮合间隙在3 0 5 0 p m 的转子副，因此内部的泄漏 较以前大大减少，使螺杆压缩机的效率远高于其他类型的压缩机。因此磨削转子 的加工工艺得到越来越广泛的应用。 为了适应市场需要，我公司引进英国h o l r o y d 公司生产的t g 3 5 0 e 数控转子磨 床。但我们目前的螺杆转子型线不适合磨削加工，必须进行可磨削型线的设计。 搞好转子型线的优化设计，充分发挥引进设备的作用，加快新产品的研发速度， 成为我公司的一项非常重要的工作。 本文比较全面地总结和归纳了国内外转子设计及加工工艺的最新进展，利用 s c c a d 3 0 设计计算软件，对新型螺杆压缩机进行了设计。尤其是对转子型线的优 化设计，进行了详细的研究。本文描述了如何通过s c c a d 设计计算软件给出的型 线坐标数值，利用h p m s 软件进行优化设计，得到理想的啮合间隙的方法。并对 转子进行了加工模拟。结合加工实践，生成转子磨床需要数据文件，在转子磨床 k ) ；n m 出符合设计要求的转子。利用高精度的扫描式坐标测量机对磨削加工转子 进行了检测；利用转子啮合仪对转子进行啮合试验；利用性能试验室进行了机组 的试车，并对检测及试验结果进行了分析。试验表明，转子的啮合间隙分布合理， 机组的运转良好，噪音低。试验测得的数据表明，测试数据与设计值吻合良好， 浣明设计是成功的。 磨削加工转子在新产品的试制中发挥了重要的作用。冰轮公司自该设备安装 调试后，先后完成了5 对新式转子的试制任务，其开发速度非常快。新工艺大大 的缩短了新产品的试制周期，在市场竞争日趋激烈的今天，其意义尤其重要。 关键词转子；型线；优化设计 山东大学工程硕士学位论文 a b s t r a c t s c r e wc o m p r e s s o r sa r ec a p a b l eo fe f f i c i e n to p e r a t i o na t h i g hs p e e d so v e raw i d e r a g eo fo p e r a t i n gp r e s s u r e sa n df l o wr a t e s t h e y a r et h e r e f o r eb o t hr e l i a b l ea n d c o m p a c t a n d c o n s e q u e n t l yt h e yc o m p r i s e8 0 o f a l lp o s i t i v ed i s p l a c e m e n tc o m p r e s s o r s n o ws o l d a n d5 0 o ft h o s ec u r r e n t l yi no p e r a t i o n t h e i rr e m a r k a b l es u c c e s si sm a i n l yd u et o i m p r o v e m e n t si nh i 曲a c c u r a c yp r o f i l em i l l i n ga n dg r i n d i n g w h i c hn o wm a k ei tp o s s i b l e t or e d u c el i n e a rt o l e r a n c e st ob e l o w1 0 u m t h i s p e r m i t s r o t o r st ob em a n u f a c t u r e dw i t h i n t e r l o b ec l e a r a n c e so f 3 0 5 0 9 ma ta ne c o n o m i cc o s t i n t e r n a ll e a k a g e s a r et h u sf a rl e s s t h a ni ne a r l i e rm a c h i n e so ft h i st y p ea n da sar e s u l t t w i ns c r e wc o m p r e s s o r sa r em o r e e f f i c i e n tt h a no t h e rt y p e s t h e r e f o r e ，t h er o t o rg r i n d i n gt e c h n o l o g yi sa p p l i e dm o r ea n d m o r ew i d e l y t o s a t i s f y t h e m a r k e t i n gr e q u i r e m e n t ，w e h a v e e x p o r t e d t g 3 5 0 en u m e r i c a l c o n t r o l l i n g r o t o rg r i n d i n gm a c h i n ef r o mh o l r o y d ，e n g l a n d b u tt h ep r e s e n tr o t o r p r o f i l ei sn o ts u i t a b l ef o rt h eg i n d i n gm a c h i n e ，w em u s td e s i g nt h eg r i n d a b l ep r o f i l e t o o p t i m i z et h ed e s i g nf o rr o t o rp m f i l e ，f u l l ya p p l yt h ee x p o r t e de q u i p m e n ta n df a s t e nt h e d e v e l o p i n gs p e e df o rn e wp r o d u c t i so n eo f t h em o s t i m p o r t a n t t a s kf o ro i l vc o m p a n y i nt h i sc a s e ，t h ea u t h o rs u m m a r i z e st h en e w e s td e v e l o p m e n tf o rr o t o rd e s i g na n d m a c h i n i n gt e c h n o l o g yi nt h ew o r l da n dd e s i g n st h en e w t y p es c r e wc o m p r e s s o ru s i n g t h es c c a d 3 0 ，e s p e c i a l l yt h eo p t i m i z i n gd e s i g nf o rr o t o rp r o f i l eh a sb e e nd e t a i l e d s t u d i e d i nt h i sp a p e r , i td e s c r i b e sh o wt ou s es c c a dt of i n dt h ec o o r d i n a t ev a l u eo f r o t o rp r o f i l ea n dh o wt ou s eh p m st o o p t i m i z et h ed e s i g nt og e t t h ei d e a lm e t h o d c l e a r a n c e i ta l s os i m u l a t e st h er o t o rm a c h i n i n g c o m b i n i n gw i t ht h em a c h i n i n gp r a c t i c e 幻c r e a t et h en e c e s s a r yd a t af i l ef u rr o t o r g r i n d i n gm a c h i n et op r o c e s s t h er o t o ri n a c c o r d a n c ew i t hd e s i g n i n gr e q u i r e m e n t t h r o u g he x a m i n i n gt h eg r i n d i n gr o t o rb yh i g h p r e c i s i o nc m m ，d o i n gt h er o t o rc l e a r a n c et e s tb y r o t o rm e s hm a c h i n e ，r u n n i n gt h eu n i t i np e r f o r m a n c el a ba n da n a l y z i n gt h ee x a m i n ea n dt e s tr e s u l t ，i ts h o w st h a tt h er o t o r c l e a r a n c ea r ed i s t r i b u t e d r e a s o n a b l ya n d t h eu n i to p e r a t i o ni sg o o dw i t hs m a l ln o i s e t h e d a t af r o mt e s ta c c o r d sw i t ht h ed e s i g nd a t a ，w h i c hs h o w st h a tt h ed e s i g ni ss u c c e s s f u l h i 曲a c c u r a c yp r o f i l eg r i n d i n gh a si m p o r t a n ta c t i o ni nn e wp r o d u c td e v e l o p m e n t s i n c et h e g r i n d i n gm a c h i n ew a si n s t a l l e d a n dc o m m i s s i o n e d ，i th a sf i n i s h e d t h e t r i a l p r o d u c ef o r5p a i r so f r o t o r s t h en e w t e c h n o l o g yr e d u c e st h et r i a l p r o d u c ep e r i o d f o rn e w p r o d u c t ，w h i c hi sv e r yi m p o r t a n tf o rm a r k e t i n gc o m p e t i t i o n k e yw o r d s ：r o t o r ；p r o f i l e ：o p t i m i z e dd e s i g n 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进 行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何 其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人 承担。 论文作者签名：趟垒日期：剑 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅 和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关 数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文和汇编本 学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：趑全 导师签名： 山尔大学工程硕士学位论文 第一章绪论 1 1 课题的意义 螺杆式制冷压缩机是工作容积作旋转运动的容积式压缩机。气体的压缩是通 过旋转螺旋槽容积的变化来达到的。 喷油式螺杆压缩机是由无油式发展而来的。无油螺杆式压缩机自上世纪3 0 年 代问世以后，多用于空气压缩领域，5 0 年代后期开始实用于制冷装置。6 0 年代后， 汽缸内喷油的螺杆压缩机的出现，使这种压缩机的结构趋于简化，效能得以提高， 机型种类增多，容量范围和使用范围不断扩大。 由于螺杆式制冷压缩机没有往复运动机构，所以结构简单，体积小，重量轻， 零件少，易损件少，可靠性高；螺杆式制冷压缩机力矩变化小，平衡性好，震动 小，运转平稳，从而操作简便，易于实现自动化。在高压缩比的工况下能保持较 高的输气系数和较低的排气温度，因而螺杆压缩机广泛应用于矿山、化工、动力、 冶金、建筑、机械、制冷等工业部门。在宽广的容量和工况范围内逐步代替了其 他种类的压缩机。一般认为，在3 0 0 到2 0 0 0 k w 的容量范围内，使用螺杆式压缩 机可达到较好的经济技术指标。统计数据表明，螺杆压缩机的销售量己占所有容 积式压缩机销售量的8 0 以上。在所有正在运行的容积式压缩机中，有5 0 是螺杆 压缩机c 1 1 螺杆压缩机正成为制冷和空调行业中对往复式压缩机的有效而通用的 代替品，其市场需求的快速增长已经导致了对螺杆转子提高效率和降低成本的要 求。 但是螺杆式压缩机也有它的缺点，这主要是它的运动部件表面多半呈曲面形 状，其加工和检验均较复杂，需利用特制的刀具，在价格昂贵的专用设备上进行加 工，因而制造成本较高。其次是运动部件之间或运动部件与固定部件之间，常以 保持一定的运动间隙来达到密封气体通过间隙势必引起泄漏，这就限制了螺杆 式压缩机难以达到较大的压比。另外，螺杆式压缩机噪声较高。 近年来，螺杆式制冷压缩机越来越受到用户的青睐，定货量成倍增加。为了 适应市场的变化，我公司制定了由活塞式制冷压缩机向螺杆式制冷压缩机的战略 转移的目标。 如何适应市场的需求，以过硬的产品质量让用户满意，迅速开发出新形式的 螺杆制冷压缩机，提高产品的市场占有率，成为我公司需要迫切解决的问题。公 司及时提出了进行螺杆系列产品的二次开发计划。 由于近来的数学模型和计算机模拟的发展，刺激和推动了新型线的研究，这 些分析方法可结合起来成为过程分析的有力工具，而且省略了早期的直觉改进， 复杂的反复试验测试的校验。因此，在过去的几年里螺杆转子齿面型线最佳设计 山东大学【程硕士学位论文 的方法已得到充分发展，且在不久的将来很可能会引发机床的性能更进一步的改 进心1 。这一论点，在实践中得到了充分的验证，带有扫描式测头，能够自动测量， 自动补偿的转子磨床的应用就是很好的例证。 首先，公司加大了新产品的开发力度：其次，我公司加大了设备的投入，先 后购买了三台日本的高精度的卧式镗铣加工中心，美国b r o w n s h a j 坤的三坐标 测量机，英国h o l r o y d 公司生产的t g 3 5 0 e 转子磨床，上海申克实验机有限公 司生产的y y w - 3 0 0 a 动平衡实验机等大型精密设备，为新产品的试制打下了坚实 的基础。 我公司进行螺杆系列产品的二次开发项目包括三种开启式螺杆压缩机转予型 线的优化设计，半封闭系列螺杆产品的开发及螺杆空压机的开发。尤其是半封闭 系列螺杆产品的开发，而目前转予还需要进口，大大增加了制造的成本。对平均 直径大约2 0 0 m m ，间隙只要扩大o 0 1 m m ，其容积效率将降低1 左右“。因此，搞 好转子型线的优化设计，充分发挥引进设备的作用，加快新产品的研发速度，成 为我公司的一项非常重要的工作。 1 2 国内外动态 1 2 1 型线的发展 随着对螺杆压缩机转子型线设计原理的逐步认识和转子加工方法的不断改 进。以及计算机辅助设计在转子型线中的应用，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的产品中。由于 对称型线易于设计、制造及测量。这类型线逐渐被许多干式螺杆压缩机制造商应 用。 ( 2 ) 不对称型线 第二代型线是以点、直线和摆线等组成齿曲线为代表的不对称型线。6 0 年代 后，随着喷油技术的发展，发展了以s r m - a 型线为代表的第二代转予型线。 ( 3 ) 新的不对称型线 8 0 年代后，随着计算机在螺杆压缩机领域的应用，精确解析螺杆压缩机转子 的几何特性成为可能，在压缩机工作过程数学模拟的基础上，出现了各具特色的 多种第三代转子型线。性能优越的主要有g h h 型线、日立型线、和s r m d 型线。 9 0 年代后，转子型线更加多样化，已能够根据螺杆压缩机的具体应用场合，专门 设计高效型线，目f 1 所有的喷油螺杆压缩机采用的都是不对称型线。 第三代不对称型线均采用圆弧、椭圆、抛物线等曲线。这种改变可使转子曲 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。有代表性的有以下几种型线： 山身 大学工程硕士学位论文 g h h 型线 德国g h h 公司开发的一种新型线，其组成齿曲线为点、摆线、圆弧、椭圆及 椭圆包络线。 台湾复盛型线 其组成齿曲线为圆弧、圆弧包络线、椭圆及椭圆包络线。 s r m - d 型线 s r m d 型线是对s r m - a 的进一步改进。s r m d 型线其组成齿曲线为圆弧、圆弧 包络线。在转子间完全实现“曲面对曲面”的密封，有助于形成流体动力润滑油 膜，降低通过接触线的横向泄漏，提高压缩机效率。 日立型线 日立型线综合了s r m - d 型线和g h h 型线的优点，齿数组合方面，与g h h 型线 相同。在齿曲线组成方面，类似于s r m d 型线，均为圆弧及其包络线。因此日立 型线具有较好的综合性能。 1 2 2 转子的加工工艺 转子加工工艺，大致有如下几种不同的加工方法： ( 1 ) 轮廓铣 使用的是多刀片成型铣刀，需在具有精密轮廓测量的专用工具磨床上制造。 此方法对于加工传统的转子材料有效，并且有通用性和实用性。在适当控制的条 件下：例如，被加工零件的余量一致，在加工一批零件时对刀具磨损要适当进行 管理，成型铣削具有获得所需轮廓精度的能力。但是这种加工方法对刀具管理的 要求比磨削更难于控制，特别是在不具有熟练技术的情况下更是如此。这种认识 是我公司决定引进一台新式磨削转子设备的重要原因。 ( 2 ) 滚切 这种加工方法也很精密，但它没有被广泛用于转子加工，因为滚刀的购买、 测量和维护费用很高。 继圆盘铣刀铣削法之后，7 0 年代发展起来连续滚铣的新铣削工艺。与盘铣刀 铣削相比，连续滚铣生产效率高，齿形精度高。据s u l l a r 欧洲公司报道，德国g h h 公司转子直径在2 0 4 m m 以下均采用滚铣，加工工时比盘形铣削缩短5 倍以上。 ( 3 ) 镀层工艺 八十年代，国外发展了涂层，镀层新工艺。涂层新工艺代替了成型精加工， 简化了最后成型工艺，有利于提高转子啮合精度，减少了气体泄露，降低了加工 成本，提高了生产率，由于涂层的保护作用，使机器可压缩有腐蚀性的气体，扩 大了压缩机的使用范围。 ( 4 ) 用镀层立方氮化硼( c b n ) 砂轮磨削 这种加工方法目前仍被一些制造商采用，立方氮化硼( c b n ) 具有高效切削作 山东大学工程硕十学位论文 用，而且大部分的热量都呈现在切屑中。这样就可以采用高( 表面) 线速度取得 高材料去除率。 砂轮是在电镀之前由专业公司预先成型，此后可重复再镀多次，但制造成本 相对较高，所以使砂轮寿命尽量长就很重要。被加工零件的余量必须要小，这就 对前道工序提出很高的精度要求。转子若使用易切削钢，对砂轮寿命会产生不利 影响。在整个镀层砂轮的寿命过程，磨削加工的效率逐渐降低。 由于砂轮会逐渐磨损，转子轮廓的两侧必须采用分别走刀磨削，以防转子的齿 面变厚。每次需磨去的量必须和一个磨好的工件或试件来进行精密监测比较。 ( 5 ) 用可修整氧化铝砂轮磨削 氧化铝砂轮比c b n 砂轮的磨削效率低，但是随着近年可修整砂轮材料的发展， 已使金属去除率提高差不多一倍，从而大大地减少了加工时间和零件成本，而且 可以接受的被加工余量也允许增大。 这种加工方法需要用精密成型砂轮修整系统，该系统对砂轮直径变化和对修整 工具磨损应具有补偿能力。砂轮通常是在机床上进行修整。 通过经常修整，氧化铝砂轮可以保持常新如一的状态，这就使得在砂轮寿命期 内加工的工件具有很高的一致性，而且可以适于磨削各种软，硬材料而无不利影 响。 与磨削及镀层c b n 砂轮磨削相比，可修整的氧化铝砂轮具有刀具成本低的优点， 因此工件成本也比前两者低的特点，这种加工方法的劳动量也不像铣削那样大， 因为铣削要求对刀具进行频繁的修磨。 新的转子型线可以被很快生产出来，不需要新的工装，因此这个方法非常灵活。 砂轮在世界范围内很容易购买。 精密铸造法是一种少切削或无切削的型线加工方法。当转子采用球墨铸铁等金 属材料时，这种加工方法可省去粗加工工序。 从目前转子磨床的运行状况看，用这种方法铸造转子，可以大大提高磨削的效 率，降低制造的成本。 1 3 目前我国的现状和本文研究的内容 我国的螺杆压缩机是在1 9 7 0 年代对国外产品进行测绘的基础上，逐步发展起 来的。齿形采用第二代不对称圆弧摆线齿形。转子的加工工艺也基本上停留在圆 盘铣刀铣削的水平上。其他的零部件的结构及加工工艺基本没有变化，而且由于 受加工水平的限制，许多部位还没有达到设计的要求。我国9 6 年以后陆续有少量 厂家从国外引进转子磨床，主要用于空压机转子及蜗杆的加工。制冷行业目前还 沿用铣削的方法加工转子。铣削能达到的型线的精度和表面粗糙度是比较低的， 随着设计对螺卡型线尺寸及形状精度的提高，精铣已很难达到设计要求。粗糙度 也赢接影响螺杆付的使用寿命。因此全行业应该过渡到以精磨代符精铣”1 。在这 山尔大学工程硕士学位论文 种趋势下，为了适应市场需求，我公司决定引进英国h o l r o y d 公司生产的 t g 3 5 0 e 数控转子磨床。但我们目前的螺杆转子型线不适合磨b 4 加工，必须对转子 型线进行优化设计。 我公司与西安交通大学合作，联合开发螺杆压缩机设计、计算软件s c c a d 3 0 。 新开发的型线为双边非对称的全圆弧型线。利用m o o n c 型线计算程序，可以 计算出阴阳转子的坐标点数值，还能计算型线上参考点的变化率和啮合位置。 本文研究的方向，利用s c c a d 3 0 设计给出的型线坐标数值，通过h p m s 软件 的优化设计，生成转子磨床需要f r t 、m r t 及m p d 、f p d 文件，在转子磨床上加工 出符合设计要求的型线。对螺杆产品的加工工艺进行了调整，结合加工的实际情 况，尤其转子型线的数据的优化处理，以得到理想的啮合间隙，我着重进行了研 究。 研究的方法为理论分析与实际加工、检验、装配相结合。利用s c c a d 设计计 算的型线数据，自行开发具有独立知识产权的新型线，经过h p m s 软件进行优化处 理，得到理想的啮合间隙，这是本论文讲述的重点之一。对转子的磨削工艺进 行开发和研究，保证转子的加工精度，本文也进行了详细的论述。 山东大学工程硕士学位论文 第二章设计计算 2 1 技术参数 拟开发的l g 2 0 t 螺杆制冷压缩机的主要技术参数及要求如下 使用工质：r 7 1 7 ( 并兼顾r 2 2 、r 1 3 4 a 等工质) 螺杆公称直径：2 0 0 m m 螺杆长径比： 1 6 5 转子型线：冰轮l _ 型线 内容积比：2 6 - 5 可调 考核工况：t 。= 3 0 、t 。= - 1 5 。c 制冷量： 5 8 0 k w 2 2 型线设计 针对螺杆制冷压缩机的具体应用场合， 新型线，其主要特点如下： ( 1 ) 组成齿曲线均为圆弧或圆弧包络线 率高，便于采用磨削法加工： 按照设计要求，专门设计了一种转子 接触线短，啮合平稳，密封性好，效 ( 2 ) 各组成齿曲线间光滑连接，型线上无尖点，便于加工和检测，流线性好， 噪声低： ( 3 ) 采用双边型线，转子直径调整方便，转子间力矩分配合理，振动小； ( 4 ) 齿高半径和齿顶高合理，面积利用系数大，输汽量和制冷量提高； ( 5 ) 阴阳转子直径相差不大，转子刚度接近，承载能力高，可用于压差和压比 较大的工况。表2 l 给出该型线的主要型线参数： 表2 1 型线的主要参数 阳转子齿数z 1 5 阴转子齿数z 2 6 阳转子齿顶圆直径d l ( m m ) 2 1 5 阴转子齿顶圆直径d 2 ( m m ) 1 8 0 阳转子齿根圆直径d l ( m m ) 1 4 0 阴转子齿根圆直径d 2 ( m m ) 1 0 5 阳转子节圆直径d j l ( m m ) 1 4 5 4 5 4 阴转子节园直径d s 2 ( m m ) 1 7 4 5 4 6 中心距a ( m m l 1 6 0 所设计的型线端面图形如图2 一l 所示，图2 2 和图2 3 示出该型线的啮合线和接触 线，连续的接触线表明具有良好的横向气密性。图2 - 4 示出该型线的泄漏三角形， 图2 - 5 和图2 - 6 分别示出该型线的齿问面积侵占曲线和齿间容积变化曲线，也从不 山东人学： 程硕士学位论文 同侧面反映了该型线的特性。另外，附录一给出了该型线及变化率数据。 图2 - 1 转子端面型线 图2 - 2 啮合线 山东大学工程硕士学位论文 图2 - 3 接触线 图2 _ 4 泄漏三角形 图2 - 5 齿问面积侵占曲线 山东大学【：程硕十学位论文 u瑚4c0 6 0 0 图2 - 6 齿间容积变化曲线 2 3 效率计算 2 3 1 转子结构参数 以端面型线为基础，利用螺杆压缩机设计计算软件s c c a d ，进行优化调整后 确定转子结构参数如表2 - 2 ： 表2 - 2 转子结构参数 转予长度t , ( m m ) 3 3 0 阳转子扭转角t 。z ( o ) 3 0 0 阴转子扭转角t ：妁 2 5 0 阳转子导程t l ( m m ) 3 9 6 阴转子导程t 2 ( r a m ) 4 7 5 2 2 3 2 几何特性 利用螺杆压缩机设计计算软件s c c a d 的几何特性计算程序可得到样机的典 型几何特性如表2 3 ： 表2 - 3 样机的典型几何特性 阳转子齿间面积a o ( e r a 2 ) 1 9 0 5 9 阴转子齿间面积a 0 2 ( c m 2 ) 1 9 6 6 6 面积利用系数c 。， 0 4 1 8 8 8 扭角系数c 。 0 ，9 8 7 1 7 每转理论输气培v o ( e r a 3 ) 6 3 0 7 7 7 压缩机理 仑输气蟥v l f m 3 f i ) 1 1 2 0 山尔火学i 程硕士学位论文 2 3 3 计算工况 r 7 17 工质的计算工况如表2 - 4 所列 表2 4 工况表 工况标准空调最大压差最大功率 冷凝温度t 。( ) 3 0 4 04 54 5 蒸发温度t 。( ) 一1 5 54 05 过冷度t 。( ) 5555 讨执序t n 2 ) p_， 001 5a 2 。3 。4 效率取值 根据s c c a o 软件的工作过程模拟计算结果和同类机器的实测数值，选取有关 效率的数值如表2 5 ： 表2 j 效率的数值 工况标准空调最大压差最大功率 容积效率r l 。 o 9 1 0 9 3 0 7 50 9 2 绝热指示效率q 0 8 20 8 5o 60 8 4 机械效率n 。 o 9 50 9 50 9 5o 9 5 2 4 孔口设计 2 4 1 吸气孔口 口7 ；= 2 z r 妒倍+ 妒l 妒1 ：p o l + 2 x ：3 2 3 6 4 6 + 3 6 0 5 ：1 0 4 3 6 4 6 。 ( 2 - 1 ) = 根据s c c a d 系统的几何特征值计算程序，当幽= 3 1 3 6 。时，基元容积值最大， 故有 、。= 3 6 0 1 0 4 3 6 4 6 - 3 13 6 = 2 8 7 。 进而有 o2 ；= i + o 】；+ 3 6 0 z ，= 5 6 2 8 7 + 3 6 0 6 = 2 9 9 。 由j ；= 2 8 7 。，h = 2 9 9 。即可得到相应的吸气孔口。图2 7 为其轴向吸气孔 【二】示意图。 与轴向吸气i l 对应的径向孔口如图2 - 8 所示。图中有关尺寸和角度如下： yl = ol 。一bo l = 2 8 7 3 2 3 6 4 6 = 2 5 46 。 y2 = f l ，；一6 ，日0 2 = 2 9 9 1817 3 9 7 4 6 5 = 2 4 1 。 b l = t j 3 6 0 nyl = 3 9 6 3 6 0 x2 5 4 6 = 2 8 0i m m b 2 = t ，3 6 0 xy2 = 4 7 52 3 6 0 2 4 1 = 3 1 8 2 m m ( j 山东大学j 二程硕士学位论文 图2 7 轴向吸气孔口 图2 - 8 径向孔口不意图 2 4 2 轴向排气孔口 压缩机的轴向排气孔口按最大内容积比v i = 5 0 设计，轴向排气孔口如图2 - 9 所示，具体的排气孑l 角度为： 0 1 d = 4 0 。 82 d = oi d + i + 2 z 2 = 9 3 3 。 山东人学l ：程硕士学位论文 图2 - 9 轴向排气孔e l 2 4 3 径向排气孔口 开设在容量调节滑阀上的径向排气孔1 2 1 按最小内容积比v i = 2 6 设计，与此对 应的排气孔口角度为： ol d = 9 4 。 o2 d = o 】d + i + 2 n z 2 = 1 3 8 4 。 容量调节滑阀上的径向排气孔如图2 - 1 0 所示，图中有关尺寸和角度o n t yl = ol d bo i = 9 4 3 2 3 6 4 6 = 6 1 6 3 5 。 y2 = o2 d 一0 一目0 2 = 1 3 8 4 3 9 7 5 3 9 8 3 = 5 2 8 2 。 b 1 = t ，3 6 0 y1 = 3 9 6 3 6 0 6 1 6 3 5 = 6 7 8r a i n b 2 = t ，3 6 0 y2 - 4 7 5 2 3 6 0 5 88 2 = 7 7 6 m m 幽2 一l o 径向排气孔口示意图 另外，根据结构设计，确定滑阀的其它有关参数如下： 容量调节滑阀行程：2 0 0 r a m 容量调h 有效长度：2 5 0 m m 内容积比删竹滑阀有效长度：lj o r a m 内存积比渊1 7 滑阀行程：6 ) m r n 、丁、 ，甄过 。一八介醚豢 ， 、 一 。 山东人学上程硕士学位论文 2 4 4 其它孔口 如图2 1 2 所示，在压缩机机体上除布置有吸排气孔口之外，还布置有喷油孔 口m 1 、回油孔口m 2 、补气孔口m 3 和喷液孔e lm 4 ，其中回油孔口m 2 和补气孔1 3 m 3 位于吸气刚结束时的位置，而喷油孔口m 1 和喷液孔口m 4 的位置对应的内容积 比v i 为1 5 。各孔口的孔径及具体位置如表2 - 6 所列： 表2 - 6 各孔口的孔径及具体位置 孔径距排气端面距离l距转子中心线距禺 ( m m )( i n t o )h ( m i l l ) 喷油孔口5 86 85 3 7 5 m 1 回油孔口 2 01 4 64 5 0 m ， 补气孔口 3 28 51 7 2 m 1 喷液孔口 1 09 47 7 9 m d w # j 十心线 一t ? 一 j 一j l 一- l ! ：i ，。 气 v l r 叫 5 一夕f 1咱目# 子十蛀 t 一一r 弄可_ _ 一一丁 i 剁娑1 *。型y 睢 4 气_ l 13 。i 空芝一 目2 一1 1 孔口位置 罔2 一1 2 至2 1 5 分别是螺杆压缩机阴阳转子及其端面型线图。 山东人学工程硕士学位论文 图2 1 2 螺杆压缩机阳转子 砺 lfi &必3 图2 - 13 蝶轩压缩机阳转子端面型线 i 冬 二一1 4 螺杆压缩机阴转于 旧2 - 1 5 蝶f = 雁缩机| f 】转f 端面耻线 4 山尔犬号：工程硕士学位论文 2 7 本章小结 本章在吸收国内外先进的螺杆压缩机设计的基础上，进行了新型螺杆制冷压 缩机的设计计算。 1 在给定的技术参数的基础上对可磨削转子型线进行了计算。 2 在给定的的转子结构参数基础上对几何特性、计算工况及效率取值全面地 进行了计算。 3 对吸气孔口、轴向排气j l 口、径向排气孔口及其它孔1 3 进行了计算。 山东大学工程硕士学位论文 第三章型线数据的处理 3 1 h p m s 转子型线的处理方法的概述 3 1 1h p m s 的含义 h p m s ( h o l r o v dp r o f i l em a n a g e m e n ts o f t w a r e ) ，即h o l r o y d 型线处理软件。 h p m s 用来进行转子的开发和型线加工控制。型线的起始点是用笛卡尔坐标系点坐 标及其法向角度定义转子的端面齿形。利用该软件对设计的转子型线进行处理后， 进行转子的磨削或铣削加工。该软件的主要用途如下： ( 1 ) 利用该软件可以对原始设计数据进行编辑处理，处理型线数据，得到最佳 的阴阳转子啮合间隙。 ( 2 ) 利用该软件进行型线磨削加工的控制。 ( 3 ) 分析扫描式三坐标测量机的检测数据。 经过h p m s 检查，可能发现型线的设计误差。通过该软件允许对型线数据文件 进行处理并获得需要的型线。 3 1 2 型线数据的处理 3 1 2 1 原始数据的输入 由西安交通大学利用s c c a d 设计的螺杆压缩机转子型线数据由两个文件组成。 文件l g 2 0 t 为阴转子与阳转子的点坐标数据，文件l g 2 0 t - d y d x 为对应的点的 坐标的法向向量d ) 【d t ，d v ，d t 。该文件分别保存为纯文本文件l g 2 0 t - d y d x t x t 与l g 2 0 3 t x t 。 用y a n t a i r e a d 程序读入该文件，生成m r t f r t 格式文件p m f i l e l m r t 和 p r o f i l e 2 f r t 。部分型线的数据见附录1 ，生成的图形如图3 - l 和图3 - 2 所示： ( 注：m r t f r t ：m a l e f e m a l e r e f e r e n c ep r o f i l e 即阴邝日转子的参考型线) 3 1 2 2 读入型线的转化 从图3 1 可以看出，该图绘出的是一个阳转子的齿型数据。由于磨床加工时， 磨削加工的是齿槽，而磨削加工完成后最终形成的才是齿的形状。因此磨削需要 的数据也是齿槽的型线数据。( 该过程需要用到h p m s 的由此到槽的转化过程) 。 因为从吸气端与排气端的方向看转子的端面型线方向是镜象关系。为了在加 工时进行区分，t g 3 5 0 e 要求的型线方向是这样确定的：从机床尾座方向的视图确 定型线的形状与方向。 山东人学l ：程硕士学位论文 图3 - 1 设计计算的阳转子齿形 幽3 - 2 改计计谇的阴转子齿牛凿 山东大学 。程硕士学位论文 图3 1 经过由齿到槽的转换，旋转9 0 。，镜像得到图3 - 3 所示的图形。( m 1 m r 0 该过程需要输入阳转子齿数：n u m b e ro ff l u t eo nr o t o r = 5 ，并且需要标记 转子的外径。 豳3 - 3 阳转子齿槽圈 该齿槽的p 1 3 8 p 1 6 8 点都是齿根圆上的点( r = 7 0 m m ) 。在齿根圆的中间点p 1 4 9 点，可以看出e = 1 3 1 2 8 4 。将该型线旋转一1 3 1 2 8 4 ，得到如图3 4 所示图形。可以 看出，在p 1 4 9 点，e = 0 ，x = 0 ，y = 7 0 的坐标即为齿根圆( r = 7 0 ) 。 得到如图3 - 4 所示的图形是h p m s 型线处理的最基本的要求，也是最重要的 要求。做不到这一步，将会影响以下的处理结果和最终的3 n q - 精度。 山尔大学工程硕士学位论文 图3 4 刚转子端面型线 h3 - 5 堋转_ r 端丽删线 山东大学工程硕士学位论文 图3 - 2 经过旋转，镜象，得到如图3 - 5 所示的型线。 3 2 型线点的编辑 在进行型线的设计过程中，会生成一些不连续或重复的点，这些不连续的点 会影响转子型线的磨削加工。因此不连续的点需要进行圆整处理，重复的点则需 要删除。如果不去除，该软件将不能正常运行。 不连续的点( d i s c o n t i n u i t yp o i n t s ) 指型线上有相同的x 、y 坐标但法向角度 ( n o r m a l a n g l e ) 不同的点。 3 2 1 h p m s 型线管理软件中的有关参数的定义 法向角度( n o r m a l a n g l e 简写a ) 的定义： 型线上点的法线与水平方向的夹角。如图3 - 6 所示， 其中： n - - t g d y d x a = a + 9 0 0 点的坐标e 、t 的定义： e 的角度为型线上的点p 与原点o 的连线与 y 轴的央角。 t 的角度为型线上的点p 的法向与o p 的夹角。 y j | 厂 、乡- 。 7 l 吵 六 r f y 幽3 7 h p m s 鼎线点角度 x x 山东大学工程硕十学位论文 3 2 2 编辑点的法向角度 型线上点的角度即点的法向角度应该与型线点垂直。但在设计过程中由于各 种原因导致该角度不是9 0 0 。如图3 8 所示，p 1 4 9 的角度为9 3 8 1 2 0 。 图3 - 8r 1 转子型线法向角度偏著 型线上点的法向角度应该在砂轮能够磨削的侧，即齿槽的一侧。这样才能 f 确计算砂轮的旋转角度。 在h p m s 的e d i t n t 画面中，依；欠选择 ( 1 )。4 p o i n t ( 2 ) e d i t a n g l e s ( 3 )c a l c u l a t en o r m a l sf r o mv e c t o r s 经过a n g l e 的编辑，型线如图3 4 所示，该角度变成8 99 8 5 2 。将经过法向角 度编辑的型线保存为m 3 m r t 文件。 型线编辑很小的半径改变，能够引起法向角度很大的变化。通过法向矢量的 计算检查各点的角度。最大差值应小于0 5 0 。 3 2 3 点密度的计算 转子的型线最终靠砂轮磨削成型。砂轮的形状是型线数据经过刀具的计算得 到的，二者有着密切的关系。 砂轮的形状是l b 砂轮修整器u 、v 两轴插补形成，砂轮修整器的最小输入t n 位 ( 最小分辨率) 为o0 0 1 m m ，砂轮修整器运动的轨迹为直线，两点之问的弦l 每值应 山东大学工程硕士学位论文 该在0 0 0 1 lhl o 0 0 4 m m 之间。 当弦高值小于o 0 0 1i n l i l 时，修整器执行困难，将加剧砂轮修整器的磨损。当 弦高值大于o 0 0 4 m m 时，将会发生较大的加工误差。 弦高的控制需要通过增加或减少型线上的点进行。如图3 - 9 所示。 a b 图3 - 9 弦高的控制 设a 、b 两点之间的弦高为h 。当增加一点时，弦高值变为d = ( t v 4 ) “2 ，由此 可计算出，型线之间需要加点的数量。 读入m 3 m r t 文件，计算砂轮的形状和弦高( c h o r d a lh e i g h t s ) ，得到 如图3 1 0 所示的型线图形。 幽3 - i o 砂轮的弦高 山图3 一l o 可以看出，7 0 点的弦高最高为o 0 5 9 3 m m ，6 6 点为0 0 0 4 m m ，7 8 电为0 0 0 5 6 m m ，7 9 点为0 0 0 2 1 m m 。6 6 7 9 点之间需要加点，山图3 - 4 可以看出， 山东大学工程硕p 学位论文 型线上6 6 - - - 7 9 之间的数量很少。因为砂轮的形状是由型线计算得到的，所以点的 增加也应该在型线上修改。增加或减少型线上的点，得到如图3 - 1 1 的弦高图 图3 1 1 调整后的弦高 弦的高度都控制在0 0 0 1 00 0 4 m m 之间。将该文件存为m 7 m r t 。 阴转子的型线经过调整，得到如图3 - 1 2 所示的弦高图。 山东大学j 二程硕士学位论文 3 3 型线的旋转( p r o f li er o t a t i o n ) 型线旋转的目的是为了使修整器修整砂轮的角度尽量接近，从而提高修整器 的寿命。并且，为了加工的方便，尽可能使砂轮右边的垫片厚度( r i g h tp a c k i n g ) 为 0 ，即不用增加垫片。 表3 - 1 、3 - 2 是螺杆压缩机阴阳转子型线不同旋转角度左右夹角及垫片的数据。 表3 - 1 阴转子型线不同旋转角度左右夹角及垫片的数据 旋转角度 右夹角左夹角右侧垫片( m m )左侧垫片( 1 1 1 1 1 3 ) 1 0 。5 1 0 5 02 1 0 9 0 。1 6o 一2 0 0 6 1 3 2 4 01 9 7 3 3 。o o 一2 5 。6 9 5 8 01 9 3 6 9 。l 4 2 6 。7 0 8 8 。1 9 2 5 7 。 4 ( r