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摘 要双螺杆压缩机是一种比较新颖的压缩机，因其可靠性高、操作维修方便、动力平衡性好、适应性强等优点，而广泛地应用于矿山、化工、动力、冶金、建筑、机械、制冷等工业部门。双螺杆压缩机已经超过所有工业压缩机的50，其市场份额超过80 ，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，运用计算工具进行分析计算，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，应用三维软件，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。重点研究的是双螺杆压缩机的转子型线设计、几何特性、受力分析、热力学计算。关键词：双螺杆压缩机；转子型线；啮合线 IAbstractTwin screw compressor is a relatively new compressor, because of its high reliability, convenient operation and maintenance, good power balance, strong adaptability and other advantages, and widely used in mining, chemical industry, power, metallurgy, construction, machinery, refrigeration and other industrial sectors. Double screw compressor has more than 50% of all industrial compressor, the market share of over 80%, type line based on the analysis of the design process, the geometric properties and thermal performance calculation method on the basis of selection of unilateral asymmetric cycloid - pin tooth circular arc lines as the type of screw compressor rotor line, using the computing tools for analysis and calculation, get the type line equation type and line sketch, and completed the geometric properties and thermal performance calculation. On the basis of the rotor design, the force analysis is carried out, and the bearing and other parts are selected by various analysis software. After the completion of the calculation and parts selection, the application of three-dimensional software, the establishment of the screw compressor parts of the three-dimensional model, and assembly, complete the three-dimensional modeling of the screw compressor. The key research is the rotor profile design, geometric characteristics, force analysis, thermodynamic calculation of twin screw compressor.Key words: Twin screw compressor; Rotor profile; Meshing lineIV目录摘 要IAbstractII第1章 绪 论11.1 研究目的和意义11.2 国内外研究现状11.3 双螺杆压缩机的基本结构和工作原理21.3.1基本结构21.3.2工作过程31.3本文研究方法和内容31.3.1研究方法31.3.2研究内容4第2章 双螺杆压缩机转子型线设计52.1设计参数52.2 转子型线设计原则52.3 型线方程和啮合线方程52.3.1坐标系建立及坐标变换52.3.2齿曲线及其共轭曲线72.4 单边不对称摆线-销齿圆弧型线10第3章 几何特性203.1 转子螺旋齿面及其法线方程203.1.1 螺旋齿面方程203.1.2 转子几何参数间的基本关系213.1.3 螺旋齿面的法线213.2 接触线233.2.1 相对运动速度233.2.2 啮合条件243.2齿间面积和面积利用系数253.2.1齿间面积253.2.2面积利用系数263.2扭角系数263.3 齿间容积及其变化过程273.3.1齿间容积273.3.2齿间容积的变化27第4章 双螺杆压缩机的热力学计算304.1内压力比304.2容积流量及容积效率304.2.1理论容积流量304.2.2实际容积流量314.3轴功率及绝热效率314.3.1等墒绝热压缩功率314.3.2螺杆压缩机的绝热效率及实际轴功率324.4电动机功率计算32第5章 基于SW的建模及装配335.1软件介绍335.2基于特征的零件实体建模流程345.2.1转子造型345.2.2其他零件建模385.3总装配的绘制38结 论39参考文献40致 谢42第1章 绪 论1.1 研究目的和意义双螺杆压缩机是一种比较新颖的压缩机，因其可靠性高、操作维修方便、动力平衡性好、适应性强等优点，而广泛地应用于矿山、化工、动力、冶金、建筑、机械、制冷等工业部门。统计数据表明，螺杆压缩机的销售量已占所有容积式压缩机销售总量的80%以上，在所有正在运行的容积式压缩机中，有50%是螺杆压缩机，今后螺杆压缩机的市场份额仍将不断扩大。可以看出，螺杆压缩机的设计研究在工业生产中具有十分重要的意义。通过本设计，可以充分了解双螺杆压缩机的有关知识，以及如何进一步改善其性能和扩大其应用范围，使双螺杆压缩机能得到更好的发展，为生产和生活服务。可以将所学理论知识与生产实际联系起来，并积累了宝贵的经验，为以后的工作打下了一个坚实的基础。通过设计双螺杆压缩机，可以了解双螺杆压缩机的发展历程、研究现状和发展方向；深入理解双螺杆压缩机的基本结构、特点、主要零部件设计选型、主机结构设计和机组系统设计；重点研究的是双螺杆压缩机的转子型线、几何特性、工作过程、受力分析、转子加工和主要设计参数的确定。通过设计，能了解设计的一般要求和规则，能将理论知识与生产实际联系起来。1.2 国内外研究现状螺杆压缩机的螺杆齿形发展体现在以下四个阶段：第一代为Lysholm齿形，主要线段由点生成摆线组成，限于当年加工条件，主要用于无油螺杆压缩机；第二代为1964年的对称圆弧齿形4+6齿，主要线段由圆弧和与之啮合的圆弧包络线组成，动力用螺杆压缩机为主要应用对象；第三代为非对称齿形SRM，4+6齿，主要线段由生成摆线和圆弧包络线组成，其效率较第二代提高10%，广泛用于和无油螺杆压缩机；第四代，1982年后以SRM-D齿形为代表，5+6齿，4+5齿，5+7齿，主要线段为线生成式曲线，无尖点，凡第四代齿形均为节能型。近年来，人们逐渐对内部进行的双螺杆压缩机产生了兴趣。由于精密的专用数控转子加工铣床和磨床已经使任何型线的加工变得很方便，大量的研究工作在型线方面。其次阴、阳螺杆齿数从6：4发展到6：5。日本的神钢与日立公司，在将近50年的时间里不断成功地开发出了节能明显的各种系列螺杆压缩机。从某种程度而言，日本的空压机节能技术的发展代表了当今世界空压机技术的发展方向。双螺杆压缩机在我国的发展历程较短，是一种比较新颖的压缩机，但其发展很快。目前，我国的内冷却的动力用双螺杆压缩机比功率已达5.56KW/min，已超过国外产品最好的比功率5.54KW/min。封闭式螺杆空压机噪声可达60-85dB(A)，国外螺杆压缩机无故障运行在7* h，国内螺杆压缩机寿命可达4* h。西安交大刑子文教授开发的“SCCAD”螺杆设计计算软件，已转交给多家海内外企业应用。螺杆压缩机在国外占据80%以上移动式空压机市场，国内市场因柴油机方面的原因占份额不大，只有外资产品占有较少市场，螺杆空气压缩机占螺杆压缩机总量的85%，制冷空调方面螺杆压缩机约占12%。可以说，我国的个别企业的螺杆压缩机已经达到国际先进水平。今后螺杆压缩机的市场份额仍将不断扩大，特别是无油螺杆空气压缩机和各类螺杆工艺压缩机，会获得更快的发展。目前，有人开始研究两螺杆啮合过程中磨损问题和润滑油在齿面上的分布，以提高转子寿命。有文献报道已可做到无磨损啮合。在制冷中，对于Co 作制冷剂的跨临界循环，用螺杆压缩机与螺杆膨胀机组成一体的机组已经被开发。未来主要是进一步提高螺杆压缩机的性能，扩大其应用范围。1.3 双螺杆压缩机的基本结构和工作原理1.3.1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。图1-1螺杆压缩机基本结构1.3.2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1-2表示了三个过程。图1-2 工作过程图1.3本文研究方法和内容1.3.1研究方法第一步：查阅资料，明确任务和要求并且对市场上常见的螺杆压缩机的结构和工作原理机械分析观察确定总体方案的论证与设计，撰写开题报告；第二步：了解目前螺杆压缩机以及同类型的压缩机发展状况并且确定本课题整体设计方案和参数的确定、工作原理等；第三步：完成转子型线设计、几何特性、受力分析、热力学计算等相关零件设计计算；第四步：使用绘图软件完成本次课题的图纸绘制。第五部：完成设计说明书的格式修改和查缺补漏；1.3.2研究内容本文通过阅读目前的螺杆压缩机发展现状以及发展趋势，确定本文设计的螺杆压缩机的总体结构，并且对其中重要的零部件进行设计与选型，完成本文螺杆压缩机的三维建模，完成本课题的全部内容。为此确定本文的主要研究内容可以分为以下几个小部分：第一：通过查找资料了解螺杆压缩机的发展现状以及对双螺杆的工作原理以及工作过程简单了解，确定本次课题设计内容；第二：完成转子型线设计、几何特性计算、热力性能计算、受力分析；第三：使用三维建模软件完成对本文的螺杆压缩机三维建模，并且CAD完成二维图纸的绘制；第四：对本次课题作出一次总结；4第2章 双螺杆压缩机转子型线设计2.1设计参数为了方便本次课题的顺利进行，需要对设计的基本参数进行拟定，通过设计任务书以及通过对市场上常见的螺杆压缩机的观察，将本次的双螺杆压缩机的设计原始参数初定为：压缩机排气量: 3.2m3/min工作压力: 1.0MPa2.2 转子型线设计原则1、满足啮合要求。螺杆压缩机的阴、阳转子型线必须是满足啮合定律的共轭型线。2、形成长度较短的连续接触线。为了尽可能减少气体通过间隙带的泄漏，要求设法缩短转子间的接触线长度。3、应形成较小面积的泄漏三角形。4、应使封闭容积较小。吸气封闭容积导致压缩机功耗增加、效率降低、噪音增大。所以转子型线应使封闭容积尽可能小地。5、齿间面积尽量大。较大的齿间面积使泄漏量占的份额相对减少，效率得到提高。2.3 型线方程和啮合线方程2.3.1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型线中各段组成齿曲线，建立如图2.1所示的四个坐标系：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。图2.1坐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，故有:（1） 式中，2、1为阴、阳转子转角；n2、n1为阴、阳转子转速；2、1 为阴、阳转子角速度；R2t、R1t为阴、阳转子节圆半径；z2、z1为阴、阳转子齿数；i为传动比； A为阴、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，都可以表示在上述四个坐标系中，这些坐标之间的变换关系式如下：1）动坐标系与静坐标系的变换 （2）2）动坐标系与静坐标系的变换（3）3）静坐标系与静坐标系的变换（4）4）动坐标系与动坐标系的变换（5）5）动坐标系与动坐标系的变换（6）2.3.2齿曲线及其共轭曲线1、齿曲线方程及其参数变换范围螺杆压缩机的转子型线通常由多段组成齿曲线相接而成。在设计转子型线时，通常先在阳转子或阴转子上给定一些组成齿曲线，用如下的参数方程表示在相应的转子动坐标系中：（7）上式中，参数t的始点和终点决定了此组成曲线的起点b和终点e的坐标和。2、齿曲线的共轭曲线方程转子组成齿曲线的共轭曲线，是指另一个转子上与所选定的组成齿曲线相啮合的曲线段，现假定已在阴转子上给定了一段组成齿曲线2为（8）1）求出阴转子上组成齿曲线相对于阳转子运动时的曲线簇方程将方程（8）代入坐标变换式（5），得（9）2）找出曲线簇的包络条件把包络条件的显函数形式代入曲线簇方程（9），就是曲线簇的包络线方程，即（10）此包络线上任一点的切线斜率可微分上式，得（11）与包络线共切于该点的曲线簇中的一条曲线（1为常数），其斜率为（12）由于是公切线，这两切线的斜率应该相等，令式（11）与式（12）右边相等，整理得（13）或 （14）同样，若假定在阳转子上给定了一段组成齿曲线1，即 （15）将曲线1的方程（15）代入动坐标变换式（6），得到曲线簇的方程为 （16）经类似的推演，可得其包络条件为（17）3）求共轭曲线方程若已在阴转子上给定了一段组成曲线的2为（18）则其共轭曲线方程，可用方程（10）及补充条件联立表示，即 （19）同样，若已在阳转子上给定了一段曲线1为则其共轭曲线方程，可用方程（16）及补充条件联立表示，即（20）4）共轭曲线的啮合线方程共轭曲线的啮合线方程一般可表示为 （21）2.4 单边不对称摆线-销齿圆弧型线单边不对称摆线-销齿圆弧型线是一种对原始不对称型线进行到棱修正后的型线，其组成齿曲线和相应的啮合线列于表2-1中。表2-1 单边不对称摆线-销齿圆弧型线的组成齿曲线和啮合线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AB直线GH摆线BC圆弧HI圆弧CD摆线I点D点IJ摆线DE直线JK摆线EF圆弧KL圆弧下面是单边不对称型线-销齿圆弧型线的齿曲线，啮合线方程及相应的参数变化范围的推导过程。图2-2单边不对称摆线-销齿圆弧型线及其坐标1）AB与GH AB方程 阴转子上的AB为一径向直线，其方程为:（22） 参数2的变化范围为 （23） 由三角形O2BP，有 （24）（25） 即（26） 式中，Z2、Z1分别为阴、阳转子齿数，R为齿高半径，在标准中，规定R=25.625%A。 GH方程 阳转子上的GH为阴转子上径向直线AB的共轭曲线，将AB的方程（22）代入（5），得曲线簇方程为（27） 故有 将上述诸式代入包络条件式（14），可得位置参数与曲线参数的关系为（28） 联立（27）和（28）可得到GH的方程，可发现GH的性质是一摆线。 啮合线方程AB和GH啮合时的啮合线方程，可按式（21），通过把AB的方程（22）代入坐标变换式（3），并与包络条件式（28）联立得到，即（29）2）BC与HI BC方程阴转子上的曲线BC为一圆心在节点 P，半径为R的圆弧，又称销齿圆弧，其方程为 （30） 参数t为（31） 由直角三角形O2BP，有 a 1为保护角，通常为5-10，标准规定为5。 HI方程阳转子上的曲线HI是阴转子上销齿圆弧BC的共轭曲线，将BC的方程（30）代入坐标变换式（5），得曲线簇方程为（32） 故有 将上述诸式代入包络条件式（14），可得包络条件为 即（33）由此可见，BC与HI仅在的位置啮合，而且是整条曲线同时啮合。把式（33）代入式（32），得到简化后的HI方程为 （34）销齿圆弧的共轭曲线仍是一完全的销齿圆弧，两曲线仅在 的瞬时啮合，而且是沿着整个圆弧段同时啮合。 啮合线方程把BC方程（30），代入坐标变换式（3），并与包络条件（33）联立，得到啮合线方程为（35） 式（35）表明，销齿圆弧的啮合线是与销齿圆弧一样的圆弧。3）I点与CD I点方程 阳转子上的I点为一固定点，在坐标系中的 （36） 而由三角形O1IP可知： CD方程阴转子上的CD曲线是与阳转子上I点共轭的曲线，将I点的方程（36）代入坐标变换式（6），得 （37） 参数变化范围为 （38） 阴转子CD曲线上任一点距阴转子中心O2的距离可用下式表示： （39） 将式（37）代入式（39），整理得 即 （40） 故 （41） （42） 其中 （43） 其中e称为径向直线修正长度，标准规定为e=0.625%A。 啮合线方程将I点方程（36）代入坐标变换式（2），并考虑到包络条件自然满足，得到啮合线方程为（44） 其参数变化范围仍由式（38）确定。I点与其共轭曲线CD啮合时，其啮合线就是以阳转子中心O1为圆心，以I点到O1的距离b1为半径的圆弧，即I点在静坐标系中的运动轨迹。4）D点与IJ D点方程阴转子上的D点为一固定点，在O2x2y2坐标系中的坐标为 （45） 其中， 由曲线CD方程（37），有 （46） 式中由式（42）确定。 IJ方程 将D点的方程（45）代入坐标变换式（5），即得IJ方程为（47） 参数变化范围为（48） 阴转子IJ曲线上任有点距阳转子中心O1的距离可用下式表示： （49） 将式（47）代入（49）中，得 即（50） （51） （52） 其中 J方程 在直角三角形O2DP中， （53） 在直角三角形O1O2J中（54） 啮合线方程将D点方程（45）代入坐标变换式（3）中，并考虑到包络条件自然满足，得到啮合线方程为 （55） 其参数变化范围仍由式（48）确定。其啮合先就是D点在静坐标系中的轨迹，即以O2为圆心，以D点到O2的距离为半径的圆弧。5）DE与JK DE方程 阴转子上的DE为一径向直线，其方程为（56） 参数2的变化范围为（57） JK方程 将DE的方程（56）代入坐标变换式（5），得曲线簇方程为（58） 故有 将上述诸式代入包络条件式（14），得到曲线参数2与转角参数1的关系为 （59） 其参数变化范围由式（57）确定，式（58）表明JK的性质是一摆线。 啮合线方程把DE的方程（56）代入坐标变换式（3），并与包络条件式（59）联立，即得到其啮合线方程为（60） 其参数变化范围由式（57）确定。6）EF与KL EF方程 阴转子上EF曲线为一圆心在O2，半径为R2 t的圆弧，其方程为 （61） 参数 t和变化范围为（62） KL方程 将EF的方程（61）代入坐标变换式（5），得 （63） 故有 将上述诸式代入包络条件式（14），可得包络条件为（64） 把式（64）代入式（63），整理后得（65） 其参数变化范围仍由式（62）确定。从式（65）可以看出，KL是圆心在O1，半径为R1 t的圆弧，这说明节圆圆弧的共轭曲线仍为节圆圆弧。 啮合线方程 把EF的方程（61）代入坐标变换式（3），得（66） 式表明节圆圆弧的啮合线为一固定点，即节点p。18第3章 几何特性3.1 转子螺旋齿面及其法线方程3.1.1 螺旋齿面方程按图3-1建立阴、阳转子螺旋齿面的坐标系，在该坐标系中，、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。图3-1 转子螺旋齿面坐标系（1）当阴转子左旋时 1（2）当阳转子右旋时 2上述两式中，分别是阴、阳转子型线方程。以上公式中：P为表征螺旋面的陡峭程度，称为螺旋特性数。T为是形成曲线绕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z轴旋转到另一个断面所转过的角度，称为扭转角。3.1.2 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： 3以上公式T半径为R的圆柱面上任意一条螺旋线的轴节距或导程； R该螺旋线所在的圆柱表面的半径； 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、阳转子导程分别为166.667mm、200mm。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： 式中 阴、阳转子的导程； 阴、阳转子的转速，分别为4166.7r/min、5000r/min。3.1.3 螺旋齿面的法线如图3-2所示，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 4图3-2 平面曲线的切线和法线为求得曲面S上任意一点M的发现矢量n，可在曲面S上作一系列坐标曲线如图3-3所示。线固定一个参数，令t=常数，得到曲面S上的一簇空间曲线，称之为曲线。显然，在曲线上，t=常数，只有参数变化；同样可得与曲线相交的t曲线，t曲线上，=曲线，只有参数t变化。这两段曲线交织成曲面S。图3-3 曲面的法线得到右螺旋面法线的分量为 5或 6同样可求得左螺旋面方程式（3-1）的法线矢量分量为 73.2 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。3.2.1 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3-1的坐标系统，为求出相对速度在阳转子动坐标系中的投影，先求该速度在阳转子静坐标系中的表达式。在如图3-1所示的坐标系统中，对两个转子都附加同一角速度，则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，即以绕Z2轴的牵连运动和以绕轴Z1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Ve与相对速度Vr的矢量和，即 8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 9（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 103.2.2 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： V*n=0 11写成投影式为 12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 13阳转子 14 则分别表示阴阳转子螺旋齿面的法向矢量在动坐标系中的投影，3.2齿间面积和面积利用系数3.2.1齿间面积阴、阳转子的齿间面积是螺杆压缩机的重要几何性质之一，在对转子型线的各段组成齿曲线建立方程逐个确定其参数变化范围后，可利用解析法求得转子的齿间面积。阴、阳转子齿间面积系由多段光滑曲线及齿顶圆弧首尾相接围成的，故其面积的一般表达式为： （15）（1）阴转子齿间面积阴转子齿间面积A02为： =669.0188（mm2） (16)（2）阳转子齿间面积阳转子齿间面积A01为： =552.4108（mm2）(17)=1221.4296(mm2)3.2.2面积利用系数螺杆压缩机的面积利用系数，表征转子直径范围内总面积的利用程度。表3.1列出了常见型线的面积利用系数。本文使用单边不对称摆线销齿圆弧型线，故面积利用系数为：表3.1 常用型线的面积利用系数转子型线双边对称圆弧型线单边不对称摆线-销齿圆弧型线SRMA型线GHH型线SRM-D型线日立型线面积利用系数0.48890.46960.50090.44950.49790.40133.2扭角系数扭角系数表征齿间容积能达到的最大容积和齿间容积最大值的比值。常见型线的扭角系数见表3.2。查表可得，本文所选扭角利用系数为：。表3.2 常见型线的扭角系数阳转子扭转角双边对称圆弧型线单边不对称摆线-销齿圆弧型线SRM-A型线GHH型线SRM-D型线日立型线240o1.00.99890.99921.00.99951.0280o0.9960.99050.99070.99760.99160.9987300o0.97690.97100.97110.98410.97260.98703.3 齿间容积及其变化过程3.3.1齿间容积一般若转子的齿间面积为A、有效工作段长度为L，则齿间容积V为 （18）由上式，可得阴、阳转子的齿间容积V02、V01分别为 3.3.2齿间容积的变化螺杆压缩机工作时，阴、阳转子的齿间容积因彼此侵占而减小，从而实现压缩气体的目的。用端面齿间面积的变化来描述容积的变化，可以使复杂的空间问题转化为简单的平面问题。如图3.4所示，当阴转子转到齿1，即将侵占阳转子齿1后的齿间面积A01位置时，即为压缩开始点，也是齿间容积减少的起点。规定处于这一位置的阳转子转角为零，即1=0。此后，阳转子齿1后的齿间面积就因阴转子齿1的侵入而由最大值A01逐渐减少。图3.4 基元容积开始减少时的转子位置从压缩过程开始点起，根据转子型线方程或型线坐标点，应用解析法、数值积分法或图解积分法，可得到阳转子的齿间面积被阴转子齿侵占的齿间面积A0r随阳转子转角1的变化曲线，如图3.5（a）所示。同理，可得到阴转子A2r的齿间面积被阳转子齿侵占的齿间面积随阳转子转角1的变化曲线，如图3.5（b）所示。将两图叠加，得到图3.5（c），它表示一对齿间面积Ar被侵占值转角1的关系。图3.5齿间面积侵占图a）阳转子齿间面积被侵占图b）阴转子齿间面积被侵占图c）一对齿间面积被侵占图 图3.2中，1z为阳转子扭转角，1z=300，螺旋角=0.6781，而 （19）齿间容积减少的数值可用Ar-1曲线下的面积求得，即（20）由式（20）可得到齿面间容积对的容积减少值与转角的关系曲线，如图所示。可分三个阶段：第阶段（011k）：该阶段结束时齿间容积减少值为V1k=T1/（2）S0第阶段（1k 11z）：该阶段容积减少值为 （21）该阶段结束时，齿间容积总的减少值为 （22）第阶段（1z11z+1k）：该阶段容积减少值为。显然有关系式（23）32第4章 双螺杆压缩机的热力学计算螺杆压缩机热力学计算的目的，是为了求出在压缩过程中压力和温度的变化，计算出机器所需要的功率，近似地求出压缩机的容积效率。在螺杆压缩机的设计计算中，所输送的大部分工质压力和温度变化与理想气体相同。螺杆压缩机齿槽内实际的热力学过程十分复杂，在理论上还不能准确地掌握的。因此，在热力学计算上只能采用简化模型进行计算。4.1内压力比若压缩气体视为理想气体，则内压力比可用下式近似计算： (1)式中，pt = 0.7Mpa(表压)为内压缩终了的压力； = 0.1Mpa(大气压)，为吸气终了压力；Vt为压缩过程结束时的容积值；V0为吸气过程结束时的容积值；为压缩机的内容积比；m为多方压缩过程指数。将已知数据代入上式得：=0.7/0.1=74.2容积流量及容积效率4.2.1理论容积流量螺杆压缩机的理论容积流量qvi，为单位时间内转子转过的齿间容积之和，它只取决于压缩机的几何尺寸和转速。若令=L/D1，则有 (2)查手册得： =0.4696；查手册得： =0.971（阳转子扭转角为300）；长径比L/D1=1.35；D1=200mm；阳转子转速n1=3821.7r/min。将已知数据代入式（2），得4.2.2实际容积流量螺杆压缩机的实际容积流量，是指折算到吸气状态的实际容积流量。 (2)式中 则有 4.3轴功率及绝热效率4.3.1等墒绝热压缩功率螺杆压缩机的等墒绝热功率按下式计算： (3)式中：压缩机的等熵绝热功率； 压缩机的吸气压力； 压缩机的排气压力； 被压缩气体的等熵指数； 压缩机的实际容积流量。所以可得： 4.3.2螺杆压缩机的绝热效率及实际轴功率螺杆压缩机的绝热效率为螺杆压缩机的实际轴功率为等熵绝热压缩功率与压缩机实际轴功率的比值。本文涉及的螺杆压缩机。故4.4电动机功率计算螺杆式压缩机的驱动电动机所需工作功率为： 其中，为齿轮传动效率（6级精度）。故 由计算结果，取额定功率为11KW的Y160M1-2型三相异步电动机。1第5章 基于SW的建模及装配5.1软件介绍本课题通过采用SolidWorks软件进行三维建模。能够及时对三维模型进行更改，能够通过该软件实现多种方式的机械设计与受力分析过程，在设计的过程自重，通过几何特征就能够完成三维模型的建模，可以从草图特征和直接生产特征进行建模。很多相关的标准件在软件之中选取就可以采用了，在机械行业占据一定的市场份额，本人在大学实习期间的实习单位学习到一点建模知识，为设计者提供一定的思路。同时在大学期间所需的基础知识能够让我在很长的时候对于工作有所帮助。机械行业中目前使用较多三维软件有UG、CATIA、和SW，在三维软件里有很多模块，在零件设计中使用较多的为SW，在模具、机床行业使用较多的为UG，在汽车曲面造型中使用较多的为CATIA，在本次选用SW，所具有的功能有建模、装配、分析、仿真等，还能够简单分析一些零件的运动学仿真和动力学，并且能够得到系统中相关的参数，例如系统中零件作用力、反作用力以及物理参数（速度、加速度、位移等），在三维软件里输入的数值，最后得到是图表、动画等形式表示出来，另外，对于需要结构完善的零件，还可以将零件导入到SW中，使用有限元对输入的零件进行网格划分，然后模拟现实中受力情况施加力得出应力图，从而得出需要改善的结构。但对于一些及其复杂且要求高的的零件，一般不用SW作为分析仿真软件，因为其精度较低，和专业分析软件相比还是存在一定的短板。图5.1 SolidWorks软件截图5.2基于特征的零件实体建模流程为了能够方便建模，我们先将该零件测绘的尺寸进行汇总，在建模的过程之中，通过拉伸、旋转、倒角、拔模、抽壳等命令完成对零件的绘制与建模，为举升机的机架建模模型，根据设计结构尺寸，对其进行建模，主要使用的命令包括拉伸，草图绘制、拉伸切除、倒角倒圆。相关的尺寸需要综合考虑，保证内部的机构装配能够方便装配。对于一些结构，需要对其进行修改，用以保证装配的准确性。为后期的分析提供分析保障。标准件的建模模型，对于标准件，我们一般都是通过软件所带的标准件库提取出来的，根据实际需要，选取所需要的标准件尺寸、型号、规格等。拉入系统中就会自动变成标准件，十分简单容易。比如本课题设计的控制箱，如果采取建模的方式，将会消耗一定的时间，可以在相关的网站进行下载使用。对于其余的零部件本课题不在一一介绍。5.2.1转子造型通过上面的计算，已经确定了转子的直径，转子的工作长度，轴颈等影响转子结构的特征参数。当这些参数确定后，转子结构也就随之确定了。通过扫描，扫描切除，拉伸，切除等命令完成阴、阳转子的造型。步骤如下：（1）在草图中画出节圆，然后拉伸，得到如图5-2圆柱体。图5-2 绘制节圆圆柱体（2）按第二章中得到的图5-3，画出型线草图。1、第一段曲线GH为摆线，由图5-3，可以得到摆线上每个点的坐标，然后x轴上每隔2毫米取一个点，记下坐标。在SolidWorks草图，以节圆圆心为零点，运用如图5-3的方法，在草图中得到以上所取得点，通过样条曲线连接，得到近似的GH曲线。图5-3 绘制摆线GH草图2、第二段曲线HI为一半径为13.75mm的圆弧，圆心在节圆与x轴的交点上，两端点与x轴的夹角分别为5和62.72，可以绘制出如图5-4的草图。图5-4 绘制圆弧HI草图3、第三、四段曲线IJ、JK均为摆线，使用与绘制GH同样的方法，绘制出如图5-5的草图。这样也就完成了阳转子型线草图的绘制。图5-5绘制摆线IJ、JK草图4、生成螺旋线，定义方式为高度和圈数，给定螺旋线的高度为125mm，圈数为0.75圈，按顺时针方向旋转。得到图5-6中黄色的螺旋线。图5-6生成螺旋线5、扫描得到其中一个齿廓，点击扫描，选择轮廓为第二步所绘制的型线，选择路径第三步所生成的螺旋线，得到如图5-7的齿形。图5-7阳转子一个齿形的造型6、阵列得到所有齿廓，点击圆周阵列，选择节圆中心轴为阵列的中心轴，选择第四步中的齿廓为阵列对象，得到如图5-8中的转子。 图5-8 阵列得到的眼转子齿廓造型运用同样的方法（在第四步中把“扫面”，改成“扫描切除”），可以得到阴转子的造型，如图5-9。图5-9阴转子造型最后，在以上阴、阳转子的基础上，运用拉伸，切除等方法，得到如图6-9中的阴、阳转子。5.2.2其他零件建模其他零件建模和以上类似，不逐一介绍，具体见三维图。5.3总装配的绘制在完成相关的零部件建模之后，就需要对其进行三维装配的工作，主要是通过配合、平行、距离等各种相关的配合命令，完成三维模型的建模，在三维模型之中遇到难以处理的地方，将通过在装配体命令之中，修改相关的建模尺寸，直到装配三维模型能够满足设计的要求。如图所示，是本文总装配图的模型。图5-10装配图结 论从这次对螺杆压缩机的设计中，了解了螺杆压缩机的基本结构和工作过程，发展过程和现状，了解了螺杆压缩机的具体设计过程和方法。在认真查阅各种文献后，成功的设计了单边不对称摆线-销齿圆弧型线，计算了转子的几何特性和热力性能，对转子进行了受力分析，并完成了整个螺杆压缩机的三维造型和仿真。基本完整的完成了一个小型螺杆压缩机的设计过程。但是，这次所设计的螺杆压缩机主机只是最简单的一种小型螺杆压缩机，单边不对称摆线-销齿圆弧型线只是第二代型线，与第三代及其国外的更为先进的型线相比性能上有着不小的差别。所以，在型线的设计上还要不断地学习，研究更为先进的型线设计方法。对螺杆压缩机发展来说，为了改善其性能，扩大其应用范围，主要的发展方向是首先对型线啮合特性，转子受力变形和受热膨胀等方面研究的基础上，创造出新的高效型线，进一步提高螺杆压缩机的效率。其次，目前对各种参数的设计主要是经验设计，以后要以计算机和优化设计理论作为工具实现螺杆压缩机的优化设计。这样设计出来的螺杆压缩机才能进一步扩大其应用范围。这次的毕业设计对我个人的自主能力得到了一次提升，一次次的查找文献和相关内容方面尽管过程很是枯燥，但通过这次学习磨砺了我的心性，增加了知识，我对这些学习软件的掌握也更上一层楼，我将这些东西融会贯通，这些软件的掌握必定会为我以后的工作起到帮助，这次的学习无疑使我的学业进步心性沉稳，学会这些不仅完成论文更使我心性成熟为未来的人生起到了很大的帮助作用。学习或许有的时候会显得很枯燥很乏味，但在这个过程中能使自己获得以前不知道的知识可以使自己变得更加充实那么学习也就不那么无聊，反之会让自己觉得有趣，在一次次的错误中不断地改正，在一次次的失败中找寻正确的方法，这会让自己寻找到正确答案时更加的充实，获得更大的自豪感。 参考文献1 尚勇军. 无油螺杆压缩机主体结构及其设计J. 机械学报，2003，30(12)：19-21.2 范春艳. 试论螺杆压缩机发展现状及应用J. 化学工程与装备，2010，21(9): 186-1873 熊伟，冯全科. 螺杆压缩机研究现状与热点J.流体机械， 2005， 33( 3) : 30-334 邢子文，吴华根，束鹏程. 螺杆压缩机设计理论与关键技术的研究和开发J西安交通大学学报，2007，41(7): 755-763，8105 彭学院，邢子文，束鹏程. 螺杆压缩机CAD系统的研究与开发J. 流体机械， 1997，25(3): 186-187.6 李文华，王丽丽. 螺杆压缩机故障诊断专家系统的构建与实现J. 煤矿机械， 2007，28(1): 173-1757 张铁新. 螺杆压缩机振动故障的分析与处理J. 石油化工设备，2010，39(增刊1): 91-938 伍贤君. 螺杆压缩机转子磨削成形法J. 流体机械， 2000， 28(7): 33-35.9 穆安乐，郗向儒，马建辉，等. 螺杆压缩机整机优化设计J. 压缩机技术，2003，1(3): 20-2310 Stosic N， Smith I K， Kovacevic A. 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