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基于SOLIDWORKS及ADAMS的螺杆压缩机的设计【三维SW】【1张CAD图纸+毕业论文】

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SolidWorks 三维
GB_1型全金属六角锁紧螺母_BM30.sldprt
GB_唇形密封圈_外露骨架型_W35X50.sldprt
GB_圆柱滚子轴承_NU1007(阳转子).SLDPRT
GB_圆柱滚子轴承_NU203E（阴转子）.SLDPRT
吸气端端盖.SLDPRT
垫圈8.SLDPRT
定位销.SLDPRT
总装图.SLDASM
总装图.STEP
排气端盖.SLDPRT
排气端端盖.SLDPRT
机壳2.SLDPRT
机壳吸.SLDPRT
螺钉m8.SLDPRT
阳转子1.SLDPRT
阳转子与轴承.SLDASM
阳转子角接触球轴承.SLDPRT
阳转子角接触球轴承（7007ac）.SLDPRT
阳转子锁紧螺母（M16）.SLDPRT
阴转子1.SLDPRT
阴转子与轴承.SLDASM
阴转子角接触球轴承.SLDPRT
阴转子角接触球轴承（7203ac）.SLDPRT
阴锁紧螺母M16.SLDPRT
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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-销齿圆弧型线作为该螺杆压缩机转子的型线，运用MATLAB等工具，进行分析计算，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SolidWorks软件，建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Adams软件，对从SolidWorks中导入的装配体建立运动仿真，这样能够形象直观的说明问题。


关键词：螺杆压缩机 ，三维建模，MATLAB，运动仿真



Abstract

This paper described the design process of a small screw compressor, which outlined the basic structure of the screw compressor, the working process, the main characteristics and classification. This paper also analyzed the design process of lines, the geometry features of the rotor and the calculation method of thermodynamic property.

Based on the analysis of the design process of lines, geometric characteristics and calculation methods of thermal performance, this paper selected the unilateral asymmetry cycloid - sales arc tooth profile of the screw compressor rotor type lines for analysis and calculation using MATLAB and other tools. After above steps, the equation-based and sketch-based line are given the calculation of geometry features and thermal performance are also made. On the basis of rotor design, this paper gave stress analysis and selected bearing and other parts using a variety of analysis software to. Afterwards, the paper established three-dimensional models of the various parts of the screw compressor and carried out the assembly to complete the three-dimensional modeling of the screw compressor. With the application of ADAMS, the paper established motion simulation of the assembly imported from SOLIDWORKS, which could explain the issue vividly and intuitively.


目  录


第一章 绪论--------------------------------------------------------1

 1.1基本结构和工作过程-----------------------------------------------1

   1.1.1基本结构-----------------------------------------------------1

   1.1.2工作过程-----------------------------------------------------1

1.2螺杆压缩机特点及分类---------------------------------------------2

1.2.1螺杆压缩机特点-----------------------------------------------2

1.2.2螺杆压缩机分类-----------------------------------------------2

1.3螺杆压缩机发展历程-----------------------------------------------3

1.4论文主要工作-----------------------------------------------------4

第二章  转子型线设计------------------------------------5

2.1转子型线发展过程-------------------------------------------------5

2.2型线方程和啮合线方程---------------------------------------------6

2.2.1坐标系建立和坐标变换-----------------------------------------6

2.2.2齿曲线及其共轭曲线-------------------------------------------7

2.2.3共轭曲线和啮合线方程-----------------------------------------9

2.3单边不对称摆线-销齿圆弧型线的设计--------------------------------9

第三章  几何特性计算--------------------------------------------18

3.1转子螺旋齿面及其法线方程----------------------------------------18

3.1.1螺旋齿面方程------------------------------------------------18

3.1.2转子几何参数间的基本关系------------------------------------19

3.1.3螺旋齿面的法线----------------------------------------------19

3.2接触线----------------------------------------------------------21

3.2.1相对运动速度------------------------------------------------21

3.2.2啮合条件----------------------------------------------------22

3.3齿间面积和面积利用系数------------------------------------------23

3.3.1齿间面积----------------------------------------------------23

3.3.2面积利用系数-----------------------------------------------24

3.4齿间容积和内容积比---------------------------------------------24

3.4.1齿间容积---------------------------------------------------24

3.4.2内容积比---------------------------------------------------25

第四章  热力性能计算--------------------------------------------26

4.1内压力比和压力分布图-------------------------------------------26

4.1.1内压力比---------------------------------------------------26

4.1.2压力分布图-------------------------------------------------26

4.2容积流量及容积效率---------------------------------------------28

4.2.1理论容积流量-----------------------------------------------28

4.2.2容积效率---------------------------------------------------28

4.2.3实际容积流量-----------------------------------------------28

4.3轴功率---------------------------------------------------------29

第五章  转子受力分析--------------------------------------------30

5.1轴向力---------------------------------------------------------30

5.1.1端面轴向力-------------------------------------------------30

5.1.2气体轴向力-------------------------------------------------31

5.2轴承支反力-----------------------------------------------------34

第六章  三维造型和选择轴承-------------------------------------38

6.1三维造型-------------------------------------------------------38

6.1.1转子造型---------------------------------------------------38

6.1.2机体和端盖造型---------------------------------------------42

6.2选择轴承-------------------------------------------------------43

6.2.1选择圆柱滚子轴承-------------------------------------------43

6.2.2选择角接触球轴承-------------------------------------------44

6.3轴承三维造型---------------------------------------------------48

    6.4整机装配-------------------------------------------------------49

第七章  运动仿真----------------------------------------51

 7.1 模型导入Adams-------------------------------------------------51

7.2运动仿真-------------------------------------------------------51



结论------------------------------------------------------------------55

致谢------------------------------------------------------------------56

参考文献-------------------------------------------------------------57


第一章  概述

1.1  基本结构和工作过程

1.1.1  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1-1所示。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。


内容简介：
外文翻译资料 1 机电一体化技术及其应用研究 1 机电一体化技术发展 机电一体化是机械、微、控制、机、信息处理等多学科的交叉融合，其发展和进步有赖于相关技术的进步与发展，其主要发展方向有数字化、智能化、模块化、化、人性化、微型化、集成化、带源化和绿色化。 字化 微控制器及其发展奠定了机电产品数字化的基础，如不断发展的数控机床和机器人；而计算机网络的迅速崛起，为数字化设计与制造铺平了道路，如虚拟设计、计算机集成制造等。数字化要求机电一体化产品的软件具有高可靠性、易操作性、可维护性、自诊断能力以及友好人机界面。 数字化的实现将便于远程操作、诊断和修复。 能化 即要求机电产品有一定的智能 ,使它具有类似人的逻辑思考、判断推理、自主决策等能力。例如在 控机床上增加人机对话功能，设置智能 I/O 接口和智能工艺数据库，会给使用、操作和维护带来极大的方便。随着模糊控制、神经网络、灰色、小波理论、混沌与分岔等人工智能技术的进步与发展，为机电一体化技术发展开辟了广阔天地。 块化 由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多，研制和开发具有标准机械接口、动力接口、环境接口的机电一体化产品单元模块是一项复杂而 有前途的工作。如研制具有集减速、变频调速电机一体的动力驱动单元；具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的电机一体控制单元等。这样，在产品开发设计时，可以利用这些标准模块化单元迅速开发出新的产品。 络化 由于网络的普及，基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾。而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品，现场总线和局域网技术使家用电器网络化成为可能，利用家庭网络把各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家用电器系统，使人们在家里可充分享受各种高技术带来的好处，因此，机电一体化产品无疑应朝网络化 方向发展。 性化 机电一体化产品的最终使用对象是人，如何给机电一体化产品赋予人的智能、情感和人性显得愈来愈重要，机电一体化产品除了完善的性能外，还要求在外文翻译资料 2 色彩、造型等方面与环境相协调，使用这些产品，对人来说还是一种享受，如家用机器人的最高境界就是人机一体化。 型化 微型化是精细加工技术发展的必然，也是提高效率的需要。微机电系统(称 指可批量制作的，集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制 电路，直至接口、通信和电源等于一体的微型器件或系统。自 1986 年美国斯坦福大学研制出第一个医用微探针， 1988 年美国加州大学 校研制出第一个微电机以来，国内外在艺、材料以及微观机理方面取得了很大进展，开发出各种 件和系统，如各种微型传感器（压力传感器、微加速度计、微触觉传感器），各种微构件（微膜、微粱、微探针、微连杆、微齿轮、微轴承、微泵、微弹簧以及微机器人等）。 成化 集成化既包含各种技术的相互渗透、相互融合和各种产品不同结构的优化与复合，又包含在生产过程 中同时处理加工、装配、检测、管理等多种工序。为了实现多品种、小批量生产的自动化与高效率，应使系统具有更广泛的柔性。首先可将系统分解为若干层次，使系统功能分散，并使各部分协调而又安全地运转，然后再通过软、硬件将各个层次有机地联系起来，使其性能最优、功能最强。 源化 是指机电一体化产品自身带有能源，如太阳能电池、燃料电池和大容量电池。由于在许多场合无法使用电能，因而对于运动的机电一体化产品，自带动力源具有独特的好处。带源化是机电一体化产品的发展方向之一。 色化 技术的发展给人们的生活 带来巨大变化，在物质丰富的同时也带来资源减少、生态环境恶化的后果。所以，人们呼唤保护环境，回归，实现可持续发展，绿色产品概念在这种呼声中应运而生。绿色产品是指低能耗、低材耗、低污染、舒适、协调而可再生利用的产品。在其设计、制造、使用和销毁时应符合环保和人类健康的要求，机电一体化产品的绿色化主要是指在其使用时不污染生态环境，产品寿命结束时，产品可分解和再生利用。 2 机电一体化技术在钢铁中应用 在钢铁企业中，机电一体化系统是以微处理机为核心，把微机、工控机、数外文翻译资料 3 据通讯、显示装置、仪表等技术有机的结合起来，采用组装合并方式，为实现工程大系统的综合一体化创造有力条件，增强系统控制精度、质量和可靠性。机电一体化技术在钢铁企业中主要应用于以下几个方面： 能化控制技术 (由于钢铁具有大型化、高速化和连续化的特点，传统的控制技术遇到了难以克服的困难，因此非常有必要采用智能控制技术。智能控制技术主要包括专家系统、模糊控制和神经等，智能控制技术广泛于钢铁的产品设计、生产、控制、设备与产品质量 诊断等各个方面，如高炉控制系统、电炉和连铸车间、轧钢系统、炼钢 连铸 轧钢综合调度系统、冷连轧等。 布式控制系统 ( 分布式控制系统采用一台中央机指挥若干台面向控制的现场测控计算机和智能控制单元。分布式控制系统可以是两级的、三级的或更多级的。利用计算机对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制。随着测控技术的，分布式控制系统的功能越来越多。不仅可以实现生产过程控制，而且还可以实现在线最优化、生产过程实时调度、生产计划统计管理功能，成为一种测、控、管一体化的综合系统。 有特 点控制功能多样化、操作简便、系统可以扩展、维护方便、可靠性高等特点。 监视集中控制分散，故障面小，而且系统具有连锁保护功能，采用了系统故障人工手动控制操作措施，使系统可靠性高。分布式控制系统与集中型控制系统相比，其功能更强，具有更高的安全性。是当前大型机电一体化系统的主要潮流。 放式控制系统 (开放控制系统 (计算机技术发展所引出的新的结构体系概念。“开放”意味着对一种标准的信息交换规程的共识和支持，按此标准设计的系统，可以实现不同厂家 产品的兼容和互换，且资源共享。开放控制系统通过工业通信网络使各种控制设备、管理计算机互联，实现控制与经营、管理、决策的集成，通过现场总线使现场仪表与控制室的控制设备互联，实现测量与控制一体化。 算机集成制造系统 (钢铁企业的 将人与生产经营、生产管理以及过程控制连成一体，用以实现从原料进厂，生产加工到产品发货的整个生产过程全局和过程一体化控外文翻译资料 4 制。目前钢铁企业已基本实现了过程自动化，但这种“自动化孤岛”式的单机自动化缺乏信息资源的共享和生产过程的统一管理，难以适应钢铁生产的要求。 未来钢铁企业竞争的焦点是多品种、小批量生产，质优价廉，及时交货。为了提高生产率、节能降耗、减少人员及现有库存，加速资金周转，实现生产、经营、管理整体优化，关键就是加强管理，获取必须的效益，提高了企业的竞争力。美国、日本等一些大型钢铁企业在 20 世纪 80 年代已广泛实现 。 场总线技术 ( 现场总线技术 ( 连接设置在现场的仪表与设置在控制室内的控制设备之间的数字式、双向、多站通信链路。采用现场总线技术取代现行的信号传输技术 (如 4 20 C 直 流传输 )就能使更多的信息在智能化现场仪表装置与更高一级的控制系统之间在共同的通信媒体上进行双向传送。通过现场总线连接可省去 66%或更多的现场信号连接导线。现场总线的引入导致变革和新一代围绕开放自动化系统的现场总线化仪表，如智能变送器、智能执行器、现场总线化检测仪表、现场总线化 现场就地控制站等的发展。 流传动技术 传动技术在钢铁工业中起作至关重要的作用。随着电力技术和微电子技术的发展，交流调速技术的发展非常迅速。由于 交流传动的优越性，电气传动技术在不久的将来由交流传动全面取代直流传动，数字技术的发展，使复杂的矢量控制技术实用化得以实现，交流调速系统的调速性能已达到和超过直流调速水平。现在无论大容量电机或中小容量电机都可以使用同步电机或异步电机实现可逆平滑调速。交流传动系统在轧钢生产中一出现就受到用户的欢迎，应用不断扩大。 外文资料翻译 1 n is on of of of a of a of of as NC of as of a of it is to in NC / O of as of up a As of of a is a If is to of 文资料翻译 2 as in we As of of is of to AN a to a as of so in be of of be no 1.5 of is to of is in to it so on of or a to as is of 1.6 is a in to to be by is of or 986 1988 at at of as . 外文资料翻译 3 a of of of in at In to of a be to of at be to 1.8 to as As on be to a of of in s in at of of in of is of In of be in of is to of is at of of 2 in of in In of at of as by of a 文资料翻译 4 in in in As a of it is to in as a of a be or to on of be of be as a of be is of is to a of Is of 外文资料翻译 5 is of by a of in be of so to to to is be to of to of of of of of is of of of In to of is to to of of in 980s is in of in to 0 C 外文资料翻译 6 it in in on be 6% or to of CS of as C in a of C C to of in C C of to AC C or be to or AC in of as a to 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 螺杆压缩机设计 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 工具，进行分析计算，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 of a of of of of on of of of of of On of a of of of to of of 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 V 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 七章 运动仿真 型导入 论 谢 考文献 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 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 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， 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 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。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。 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。 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； 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 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 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 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 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 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 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 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 D 点到 （ 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 15 错误 !未找到引用源。 （ 2 联立 式（ 2式（ 2即得到 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 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 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 。 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 z 轴 旋转一周 (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。 螺旋角，即螺旋线的切线和圆柱母线之间的夹角。 所以通过上式可得阴、阳转子导程 错误 !未找到引用源。 分别为 200 19 点的螺旋运动可视为该点沿圆周的旋转运动和轴向运动的叠加。因此，当该点绕轴线转一周时，在轴向一定是移动了一个轴节距。根据阴、阳转子齿面相互啮合的要求，必须保持下列关系： 错误 !未找到引用源。 式中 错误 !未找到引用源。 阴、阳转子的导程； 错误 !未找到引用源。 阴、阳转子的转速，分别为 5000r/ 螺旋齿面的法线 如图 3示，假设 T、 n 分别是平面曲线 c 上 M 点的切线与法线。由图可得出曲线上任一点的法矢量 n 在坐标轴上的投影为 错误 !未找到引用源。 （ 3 o yn x = x ( t )y = y ( t )图 3平面曲线的切线和法线 为求得曲面 S 上任意一点 n，可在曲面 S 上作一系列坐标曲线如图3示。线固定一个参数，令 t=常数，得到曲面 S 上的一簇空间曲线，称之为 错误 !未找到引用源。 曲线。显然，在 错误 !未找到引用源。 曲线上， t=常数，只有参数 错误 !未找到引用源。 变化；同样可得与 错误 !未找到引用源。 曲线相交的 t 曲线， t 曲线上， 错误 !未找到引用源。 =曲线，只有参数 两段曲线交织成曲面 S。 20 曲线）（ t 曲 线 ）t 1 t 2t 3 1 2 3曲面的法线 得到右螺旋面法线的分量为 错误 !未找到引用源。 （ 3 或 错误 !未 找到引用源。 （ 3 同样可求得左螺旋面方程式（ 3法线矢量分量为 错误 !未找到引用源。 （ 3 接触线 双螺杆压缩机转子间的接触线，是两转子在啮合运动时，两个共轭齿面的交线。研究结果表明，在双螺杆压缩机的各种泄露损失中，通过接触线的泄露损失占了所有泄露损失的绝大部分。因而，准确计算接触线是双螺杆压缩机设计中的一个重要方面。 相对运动速度 （ 1）相对运动速度在阳转子坐标系中的表示 仍采用图 3求出相对速度在阳转子动坐标系 错误 !未找到引用源。 中的投影，先求该速度在阳转子静坐标系 错误 !未找到引用源。 中的表达式。在如图 3两个转子都附 加同一角速度 错误 !未找到引用源。 ，则21 两转子的相对运动关系不见，但此时阴转子静止不动，阳转子作复合运动，即以 错误 !未找到引用源。 绕 错误 !未找到引用源。 轴的牵连运动和以 错误 !未找到引用源。 绕轴错误 !未找到引用源。 轴的相对运动。根据动力学，当一个点作复合运动时，其绝对速度等于牵连速度 错误 !未找到引用源。 与相对速度 错误 !未找到引用源。 的矢量和，即 错误 !未找到引用源。 （ 3 通过一系列计算，最 后得到相对速度在阳转子动坐标系中的表达式为 错误 !未找到引用源。 （ 3 （ 2）相对运动速度在阴转子坐标系中的表示 与阳转子应用相同的方法，最后可以得到相对速度在阴转子动坐标系中的表达式为 错误 !未找到引用源。 （ 3 啮合条件 两转子啮合时，一个转子的齿面包络出另一个转子的齿面，在两个相互包络的齿面的接触点处，有 公切面或公法线。所谓啮合，就是说相互运动的两个转子的场面只能相互滑移，而不允许彼此冲击或脱离，也即两齿面的法向相对速度应该为零。法向相对速度为零的条件式： 错误 !未找到引用源。 （ 3 写成投影式为 错误 !未找到引用源。 （ 3 这就是螺杆压缩机阴阳转子齿面啮合应满足的条件，称为啮合条件，其数学表达式又称为啮合条件式。 对 于两轴线是平行的螺杆压缩机，在 Z 轴方向没有相对运动，故有啮合条件式在阴、阳转子坐标系中的表达式为 阴转子 错误 !未找到引用源。 （ 3 阳转子 错误 !未找到引用源。 （ 3 错误 !未找到引用源。 则分别表示阴阳转子螺旋齿面的法向矢量在 错误 !未找到引用源。 动坐标系中的投影，由式（ 3（ 3定； 如果已知 阴转子的齿面方程 22 错误 !未找到引用源。 （ 3 将式（ 3式（ 3入（ 3得其啮合条件式为 错误 !未找到引用源。 （ 3 同样，可以得到阳转子的啮合条件式为 错误 !未找到引用源。 （ 3 由式（ 3式（ 3知，啮1 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 工具，进行分析计算，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 件，建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 件，对从 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 2 of a of of of of on of of of of of On of a of of of to of of 目 录 第一章 绪论 本结构和工作过程 基本结构 工作过程 杆压缩机特点及分类 螺杆压缩机特点 螺杆压缩机分类 杆压缩机发展历程 文 主要工作 二章 转子型线设计 子型线发展过
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本文标题：基于SOLIDWORKS及ADAMS的螺杆压缩机的设计【三维SW】【1张CAD图纸+毕业论文】
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