涡旋压缩机设计说明书

1、毕业设计（论文）题目 空调用涡旋式压缩机结构设计学院 机电与汽车工程学院专业 机械设计制造及其自动化(机械设计制造）学生 向涛学号 10120212指导教师 孙 鹏 飞摘 要本设计为空调用涡旋式压缩机结构设计，主要零部件包括动涡盘、静涡盘、支架体、偏心轴、防自传机构及平衡机构，动静涡旋盘应用圆的渐开线及其修正曲线的线型。首先，确定了涡旋压缩机的重要结构参数，其次确定了涡旋压缩机的各个重要零件的结构尺寸，然后确定了涡旋线圆的渐开线线型并且对涡旋线进行修正，而后选择涡旋压缩机的各种附件，最后利用 UG8.0 对涡旋压缩机的主轴进行有限元分析，最终说明了涡旋压缩机结构设计中的有关问题。在涡旋齿线型的

2、设计中，不仅说明了渐开线的特征和涡旋线的成形过程，而且还对涡旋线线型进行了修正。通过以上设计的设计过程，最终得到了涡旋压缩机。关键词：涡旋压缩机，动涡盘，静涡盘，偏心轴ABSTRACTThe design is designing the structure of air conditioning scroll compressor ,the main parts including moving vortex disc, static vortex disc, bracket dody,eccentric shaft ，anti rotation mechanism and balance

3、mechanism,the application ofstatic and moving vortex disc involve circle and linear correction curve.First of all, the important structural parameters of scroll compressor isdetermined, then determined the structure size of each important part of scrollcompressor, and then determine the involute typ

4、e vortex line round and the vortexline is modified, and then choose a variety of accessories of the scroll compressor,the UG8.0 spindle of scroll compressor for finite element analysis, the final showthe problem in the design of structure of scroll compressor. In the design of scrollprofile, not onl

5、y describes the forming process of involute characteristics andvortex lines, but also to carry on the revision to the vortex line.Through the above design, we finally got thescroll compressor.KEY WORDS:scroll compressor, moving vortex disc, static vortex disc, eccentric shaft目录摘 要.0目录.0前 言.1第一章 空调用涡

6、旋式压缩机及装置系统总体方案设计.21.1 涡旋压缩机动静涡盘及其工作原理.21.2 涡旋压缩机的防自转机构.31.3 涡旋压缩机的轴向径向柔性机构.31.4 涡旋压缩机的结构特点.41.5 涡旋压缩机的研发方向.4第二章 主要部件设计.62.1 涡旋压缩机的整体结构的选择.62.2 设计的已知条件.62.3 性能及结构参数确定.62.4 确定涡旋压缩机各重要零件的结构尺寸.7第三章 涡旋齿线型的选择与绘制原理.113.1 涡旋型线构成原则.113.2 圆的渐开线的形成.113.3 渐开线的特征.113.4 涡旋线的成形.123.5 涡旋线型的修正.12第四章 压缩机附件及密封细节.144.1

7、 防自转机构.144.2 轴承及支承.164.3 压缩机的性能.164.4 径向密封.174.5 轴向间隙.174.6 润滑.174.7 结果.18第五章 基于 NX Nastran 解算器的有限元分析.19总结.26参考文献.26致谢.27前 言本设计以空调用涡旋式压缩机为题，主要为了学习涡旋式压缩机的设计过程，以及运用和巩固我们大学所学知识。 目前在空调领域对于涡旋式压缩机的研究已越来越普遍也越来越热门，涡旋式压缩机的发展将会不仅仅为空调领域带来飞跃，从而针对空调用涡旋式压缩机的研究是非常有意义的。通过回顾涡旋式压缩机的历史，我们对其可以进行初步的了解。涡旋式压缩机最早由法国工程师 Cre

8、ux 发明并于 1905 年在美国获得专利， 于国际上 70 年代开始开发应用的一种新型压缩机，它以高效率，高可靠性，低能耗，低噪音，零件少，易损件少，结构紧凑等突出优点引起许多国家的重视，被称为全新一代压缩机，在 1-705KW 输出功率的范围内，涡旋压缩机已在单元式空调机及汽车空调器中得到相当普遍的应用，并很快牢固地占领了市场，由于涡旋压缩机在较宽的频率范围内（30-120hz）均有较高的容积效率与绝热效率，适合采用变频装置，可进一步降低空调器的耗能，提高舒适性，所以在空调领域中具有广阔的发展前景。为保证环保减少制冷剂泄露到空气中，汽车空调领域中具有采用全封闭式涡旋压缩机的发展方向。70

9、年代以前由于难以得到高精度的涡旋形状，缺乏实用而可靠地驱动机构，摩擦磨损的问题不能妥善解决，因此涡旋压缩机在将近 70 年的时间内未得到普及应用直到 70年代初期，美国的 ADL 公司及日本，中国的几家公司又相继重新开始涡旋压缩机的研究开发工作。因若干关键技术逐步得到解决，于 80 年代初就推出了空调用涡旋压缩机的系列产品。这些产品与相同容量的往复式压缩机相比，体积小 40%，重量轻 15%，零件数减少 85%，效率提高 10%，扭距变化幅度小 90%，噪音降低 5db（A）.在供暖、空调与制冷应用中，主要的能量都耗在压缩机上，高效压缩机对美国市场已成为头等重要因素。在欧洲和日本市场，对低噪音

10、，低振动的压缩机需求更为突出，因而，兼有高效低噪两大优势的涡旋压缩机成为换代产品已是必然局势，虽然在完善密封机构，减少机械摩擦耗功以及数控加工提高涡旋盘成产率等方面已经进行了广泛有效地改进， 但作为技术密集程度很高的涡旋压缩机，其技术优势和效益任存在很大的发展潜力。涡旋压缩机面临的主要问题应属由于加工精度和结构问题导致的径向和轴向的泄露， 但是随着社会的飞速发展， 工业的日益壮大， 设备的精度会得到提高， 加工的技术会得到飞跃，涡旋式压缩机将会随着社会的发展慢慢挖掘出无限的潜能，它的优点将会会越来越突出，发展前景广阔。通过借鉴前人研究的方式和方法，本论文旨在根据已知工作条件，通过各零部件的强度

11、校核和受力分析对空调用涡旋式压缩机进行结构设计。 通过完成这次设计达到我们所学的理论与实践相结合，增加我们的设计经验。第一章 空调用涡旋式压缩机及装置系统总体方案设计1.1 涡旋压缩机动静涡盘及其工作原理涡旋式压缩机综合了往复式压缩机和旋转式压缩机的工作特点，其借助于容积的变化来实现气体压缩与往复式压缩机相同。其动涡盘的运动是在偏心轴的直线驱动下进行的，这一点又与旋转式压缩机相同。但是涡旋式压缩机的压缩腔，既不同于往复式的又不同于旋转式，故把它称作新一代容积式压缩机。涡旋式压缩机的主要零件包括动涡盘，静涡盘，支架体，偏心轴及防自传机构。动静涡旋盘的最常用线型是圆的渐开线及其修正曲线。下面以圆的

12、渐开线涡旋型线为例来说明涡旋压缩机的工作原理。把涡旋型线参数相同，相位差，基圆中心相距 Ror 的动涡盘与静涡盘组装后，可形成数对月牙形的密封的容积腔，容积腔的轴随偏心轴推动动涡盘中心绕静涡盘中心作半径为Ror 的圆周轨道运动时相应的扩大缩小，由此实现气体的吸入，压缩和排气的过程。低压气体从静涡盘上开设的吸气孔口或动静涡盘的周边缝隙进入吸气腔， 经压缩后由静涡盘中心处的排气孔口排出。以三对压缩腔为例说明气体压缩过程,如图 1-1。三对容积腔分别用来表示，依次表示中心压缩腔（排气腔） 、第二压缩腔、第三压缩腔。动涡盘中心绕静涡盘中心的转动角，也就是偏心轴的曲柄转角，用表示。当曲柄转角=0 时，刚

13、好封闭，压缩机的吸气过程结束，这时中充入的气体所占据的空间即为吸气容积，相当于往复式压缩机的形成容积。随着曲柄转角增大，月牙形的面积逐渐减小。当=360时，完成对气体的压缩过程，这时的压缩腔容积就是的最大封闭容积，即充气终了时的容积，其轴向投影面积最大。和中气体容积变化规律与中相同。在压缩气体同时，压缩机的吸气过程也在进行。和并不存在吸气过程，只是在几何关系上按 2为一循环划分时，分割为不同的压缩腔而已。涡旋式压缩机压缩气体的过程是连续进行的需要主轴转动数圈而非一圈，但主轴每转一周即可完成一次吸气。需要指出的是，中的气体并不受到压缩，其容积减少是一个等压过程，即排气过程。中容积取得最大值时，不

14、一定对应于=0，而与开始排气角有关，图 1-2 为压缩机的工作过程。1.2 涡旋压缩机的防自转机构动涡盘在气体作用下， 有绕其中心自传的趋势。 这种趋势破坏了涡旋压缩机的正常工作，必须予以限制。防自传机构设置在动涡盘与支架体之间，常见的结构形式有：十字联接环：其结构简单但是易磨损，加工困难；圆柱销联轴节 ：在机座上开孔板，动涡旋体上连轴销，当动涡旋体平动时，销在孔内平动。其受力好，结构简单，但无支撑作用；球形联轴节：两几何形状相同孔板，分别安在机体动涡旋体上，在孔板间设置钢球连接孔板动涡旋体平动时，钢球可在孔内转动。其结构简单，易加工，可实现滚动支撑，减少磨损。1.3 涡旋压缩机的轴向径向柔性

15、机构涡旋压缩机的动涡盘被置于静涡盘和支架体之间，可以沿轴向移动。当涡旋压缩机工作时，动涡盘在气体力作用下，沿轴向与静涡盘脱离，增大涡盘顶部的气体泄漏通道面积，降低容积效率和热效率，因此如何有效的平衡作用在动涡盘上的轴向气体作用力，成为涡旋压图 1-1.涡旋压缩机压缩腔示意图图 1-2.涡旋压缩机工作示意图缩机能否获得良好性能的重要因素之一。常用轴向力平衡消除间隙减少泄漏的方式：采用推力轴承，减少轴向摩擦，保证密封；采用背压推力机构，泵压力自动补尝间隙；在涡旋体背面加弹簧，自动补尝间隙；在涡旋体背面加油压，补尝间隙。径向可采用偏心轴套式径向密封机构及滑动衬套式机构减少泄露。轴向和径向柔性机构提高

16、了涡旋式压缩机的生产效率， 而且保证轴向间隙和径向间隙的密封效果，不因摩擦和磨损而降低，即涡旋式压缩机有可靠地密封性。动涡盘上承受的轴向气体作用力，随主轴转角发生变化，很难恰如其分的加以平衡，因此轴向气体力往往带来摩擦功率消耗。 涡旋盘的加工精度， 特别是涡旋体的形位公差有很高要求， 端板平面的平面度，以及端板平面与涡旋体侧壁面的垂直度，应控制在微米级，因此，对加工方法，加工技术和加工设备要求很高。1.4 涡旋压缩机的结构特点涡旋压缩机在因其结构表现出以下优点：多个压缩腔同时工作，相邻压缩腔的气体压差小，气体泄漏量小，容积效率高，可达90%98% 。驱动动涡盘的运动的偏心轴可以高速旋转，因此，

17、涡旋式压缩机体积小，重量轻。动涡盘与主轴等运动件的受力变化小，整机振动小。没有吸，排气阀，涡旋压缩机的运转可靠，且特别适应于变速运转和变频调速技术。由于吸排气过程几乎连续进行，整机噪声很低。1.5 涡旋压缩机的研发方向目前发展较迅速的应属数码涡旋压缩机， 谷轮公司向中国空调市场提供其最有革命性的新技术产品数码涡旋压缩机 Copeland Digital Scroll，作为下一代变容量空调器的心脏。目前，数码涡旋压缩机和与之配套的电器控制板均向客户供应，以方便开发多联式变容量空调系统。数码涡旋压缩机不同于常见的变频压缩机， 与变频压缩机通过变频器控制改变制冷剂循环量相比，数码涡旋压缩机具有以下优

18、势：更宽广的制冷制热容量调节范围(10%-100%)；更精确的容量控制。与变频系统存在制冷量阶梯相比，数码涡旋系统可以实现任何一点的冷量要求；在任何负荷点都具备出色的除湿性能-在低负荷范围使室内达到湿度 70%以下的舒适要求；低噪音与低振动，压缩机保持恒速运行，避免产生高频噪音与振动；极高的可靠性：通过谷轮公司极其严格的测试条件，并保证 15 年以上运行寿命；极佳的回油特性，压缩机定速运行，即使在小负荷冷量时也无回油问题，并保证系统可以配备长联管；极其简单的系统设计，不需要制冷剂热气旁通，不需要制冷剂液体旁通，不需要油分离器，系统设计更简单，更可靠；无电磁兼容问题。通过机械式加载及卸载，不需要

19、变频控制器。数码涡旋压缩机 Copeland Digital Scroll 可以全方位满足以下系统应用：单蒸发器多联机系统，风管送风系统，冷水机组系统及机房空调系统。我国从开始研发涡旋式压缩机至今已经过了 11 个春夏秋冬，如今已经形成了比较成熟的涡旋式空调与制冷压缩机设计制造技术，很多大学如西安交通大学，甘肃工业大学在涡旋压缩机技术，生产方面在国内具有顶尖的水平。综观国内外涡旋压缩机的研究开发现状，生产制造水平以及市场需要趋势，今后一段时间内，有关涡旋压缩机的研究动向可归纳为;降低生产制造成本被列为研究工作的首要任务之一。提高涡旋盘的生产效率，设计出更加紧凑与更加适宜于工业化生产的结构都是直

20、接的措施。通过压缩过程模拟及优化设计，采用新的材料与新的机构来减少机械摩擦损失，气体泄漏损失，传热损失，气流阻力损失，提高涡旋压缩机的工作效率和工作可靠性。扩宽应用范围和适用领域，实现产品系列化。扩大变频调速技术和热泵技术的应用。第二章 主要部件设计2.1 涡旋压缩机的整体结构的选择本设计采用的是立式全封闭低压壳体腔结构如图2-1。低压壳体腔涡旋压缩机的吸气管道不是直接接入压缩机的吸气腔中，而是接入壳体腔中，因此进入吸气腔的气体的过热比高压壳体腔的大。立式全封闭低压壳体腔涡旋压缩机在制冷与空调系统中有着广泛的应用。最明显的优点是电动机的环境温度较低，有利于提高电动机的工作效率。当吸气管道中的气

21、体带有液滴时，不会直接导致压缩腔液击。2.2 设计的已知条件理论排气量 0.6m/min；进口压力 0.1Mpa（绝对） ；出口压力 0.6Mpa（绝对） 。2.3 性能及结构参数确定涡旋圈数 N、涡旋齿厚 t、涡旋齿高 h 的确定根据有关资料确定:N=4； t=6mm； h=45mm2.3.2 排气量 Vs 和涡旋节距 P 的确定设计理论排气量 0.6m/min，转速为 2840rpm则每转排气量：Vs=211267.6056mm/r涡旋节距为：.8mm12)12(2hNVsttP圆整 P=22mm。2.3.3 基圆半径因节距 P 由基圆半径决定则重取mma5 . 3,得到mmP22。则设计

22、排气量为：考虑泄漏等因素的储备因数,对于涡旋压缩机, 其泄漏系数应不大于 8%2.3.4 回转半径 Ror图2-1.立式低压壳体腔涡旋式压缩机1-底座 2-上油板 3-磁环 4-轴向挡圈 5-油升压器 6-定位销 7-下支承 8-轴向挡圈 9-下轴承 10-下平衡重11-电动机定子 12-电动机转子 13-主轴 14-上轴承（主轴承） 15-壳体 16-偏心调节块 17-吸气管 18-滑动轴承19-动涡盘 20-静涡盘 21-排气管 22-限位板 23-止回阀 24-封头 25-排气孔口 26、28-橡胶密封圈 27-背压室端盖29-背压室 30-背压孔 31-轴向定位套 32-十字环 33-

23、支架 34-上平衡块 35-逆转限制器2.3.5 渐开线的初始角2.3.6 理论压力比235. 631233. 1N，其中=3.87rad2.3.7 实际工作容积2.3.8 压缩机指示功P1=0.1,P2=0.6指示功JPPVPLpi471133. 133. 133. 1133. 11212.3.9 压缩机的指示功率选择电机转速 n=2840r/min，功率 2.2kw2.4 确定涡旋压缩机各重要零件的结构尺寸2.4.1 动涡盘利用基圆绘制渐开线涡盘得到最大外径尺寸为192mm，取动涡盘外径尺寸为210mm，涡旋体高 45mm，考虑到十字环的键槽深 5mm，取涡旋底盘厚 15mm，本设计采用的

24、主轴形式为曲柄销式，因此动涡盘上需有与曲柄销配合的凸台，取其尺寸内径50mm，外径70mm，高 40mm。动涡旋与十字环配合以达到防自转的目的，因此动涡盘的背面需设置一对键槽，槽的尺寸为 30105mm，槽的位置由图给出，材料为 CuCrMo 合金铸铁。具体结构尺寸如图 2-1。2.4.2 静涡盘静涡盘的涡旋体与动涡盘的涡旋体结构尺寸相同，相位差为，考虑到动涡盘的回转半径 Ror=5mm 以及动涡盘的外径尺寸210mm，动涡盘处支架体的内圆直径需大于220mm 才不会发生干涉，则支架体内径取为230mm，支架体需要与静涡盘螺钉连接，取支架体外径280mm，由此可确定与支架体连接的静涡盘的最大外

25、径为280mm。查相关资料,选择连接螺钉为 M8 的六角头螺钉 12 颗，则设置 12 个9mm 螺纹通孔均布于静涡盘上，根据螺钉的尺寸，以及结构不干涉原则可确定放置通孔的台阶尺寸。静涡盘中心开5mm 的排气孔，选择静涡盘壁厚 15mm，可得到静涡盘的总高度 60mm，其他具体的结构及尺寸于图上作出，材料为 CuCrMo 合金铸铁。2.4.3 十字环根据动涡盘上的键槽位置以及键槽尺寸， 确定十字环的外径为160mm， 内径为140mm，图 2-2.动涡盘图 2-3.静涡盘4 个凸台高 8mm 宽 10mm，对称布置，材料为 QT600。具体结构如图 2-2。2.4.4 滑动轴承及偏心调节块偏心

26、调节块主要起到调节主轴偏心量的作用， 在偏心调节块与动涡盘间还需要一滑动轴承联结，根据动涡盘的凸台尺寸选择滑动轴承外径50mm，内径 45mm，宽 42mm。由此可确定偏心调节块的外径为45mm，具体结构尺寸如图 2-3。2.4.5 主轴主轴结构尺寸的确定主轴的材料选用涡旋压缩机常采用的主轴材料 40Cr。涡旋压缩机机械效率取9 . 0，则轴传递的功率kwPPi44. 29 . 02 . 2。图 2-4.十字环图 2-5.偏心块40Cr 材料的1100A,主轴设有5mm 通油孔，为空心轴，取=0.5 则主轴的最小轴径mmnPAd6 .10)5 . 01 (284044. 2110)1 (434

27、30。曲柄销轴段 a 直径取30mm，并沿偏心方向磨出两对称平面距离 24mm，长 40mm；轴环b 直径取56mm，长 12mm；c 段轴为安装主轴承轴承的轴，初选轴承为 6208 深沟球轴承，则可确定 c 段轴径为40mm 长 16mm；取 d 段轴直径36mm，长 66mm；e 段轴装有电机转子，根据所选电机确定轴段 e 直径24mm，长 115mm；取 f 段轴直径22mm，长 56mm；g 段轴为安装副轴承的轴，选择 6204 深沟球轴承，轴径为20mm，长 30mm。具体结构如图所示。图 2-6.主轴第三章 涡旋齿线型的选择与绘制原理3.1 涡旋型线构成原则涡旋型线的构成应符合如下

28、原则：对于压缩腔内的任一给定点，在静涡盘或动涡盘上，必有一点并且只有一点与之相啮合，并且内侧壁面上的点与外侧壁面上的点相啮合。当涡旋型面上一对共轭点相啮合时，动、静涡旋盘涡旋型线特征形状几何中心之间的距离，不随主轴角变化。这里的特征形状，是指能够反映涡旋型线类型的几何形状，对于圆渐开线漩涡线型，是指基圆。一对啮合点相啮合时，啮合点所在漩涡型面的切向平行，并且与通过涡旋型线特征性状几何中心之间连线方向相垂直。构成涡旋体的型线，可采用线段，正多角形及圆的渐开线，除了圆的渐开线外，它们都是由圆弧连接而成的涡线， 而圆的渐开线则可以理解为有限多圆弧连接而成曲率连续变化的曲线，一般常用圆的渐开线作为涡旋

29、体的型线。3.2 圆的渐开线的形成如图 3-1 所示，当一直线 Bk 沿一圆做纯滚动时，直线上任意点 k 的轨迹 Ak 就是该圆的渐开线，这个圆称为渐开线的基圆，其半径为基圆半径 a。3.3 渐开线的特征根据渐开线的形成的过程，可知渐开线具有下列特征：发生线沿基圆滚过的长度，等于基圆上被滚过的圆弧长度；因发生线 Bk 即为渐开线在点 k 的法线。又因为发生线恒切于基圆，故可得出结论：渐开线上任意点的法线恒与其基圆相切；图 3-1.圆的渐开线形成发生线与基圆的切点 B 也就是渐开线在 k 点的曲率中心， 而线段 Bk 是渐开线在点 k 的曲率半径。渐开线形状取决于基圆的大小，在相同展角处，基圆的

30、大小不同，其渐开线的曲率也不同。3.4 涡旋线的成形当圆的渐开线起始角为，基圆半径为 a，其展角为时，应用变端点矢量来表示，x轴方向的单位矢量为i，y 轴方向的单位矢量为j，则有：以参数方程表示为当渐开线初始角为-时其参数方程当渐开线初始角为零时由于涡旋体作为压缩机的转子或定子，必须具有一定得壁厚，这可利用不同的初始角的渐开线，来构成涡旋体的内外壁，可知，其渐开线 A 点坐标其斜线的斜率为而点 P 处的斜率为由和相乘得由可知，渐开线的发生线与渐开线的切线正交，故渐开线的发生线即为该点的法线；以初始角与-所形成的涡旋体各点的法向厚度即为展开线矢径的长度差：式中 a 为基圆半径，t 为涡旋壁厚，是

31、常量渐开线的节距为：aaaap2)2(节距 p 也是一个常量，由此可见涡旋体处处等壁厚等节距，其可用同一铣刀加工，铣刀直径)(2atpD。3.5 涡旋线型的修正设计动、静涡旋盘时，常对原始涡旋型线进行修正，以实现不同的目的，为了减少涡旋压缩机的几何尺寸，可以将涡旋体偏置于涡旋低端板上，也可以通过改变涡旋型线的布置来获得比较小的压缩机体积。当其它几何参数相同时，为获得较大的几何压缩比，在渐开线的起始段用圆弧代替，从而减轻刀具对渐开线的干涉程度，增大了开始排气角。因为圆弧曲线是共轭曲线，因此，在渐开线的气势段用圆弧曲线进行修正是合适的。3.5.1 修正型线方程当圆的渐开线上点 A 的展开角为时，对

32、其进行修正，则点 A、B、D、E 的坐标分别为：直线方程为圆心 O1 的坐标11,OOyx由下式决定圆心 O2 的坐标22,OOyx由下式决定则两圆心距离这种情况下，两个修正圆相切型线是光滑连续的一种理想的曲线，常称为 PMP 型线。3.5.2 圆弧修正后涡旋压缩机的特点充分减少了渐开线起始段构成的无用容积，即无修正时形成的余隙容积。提高了涡旋压缩机的压力比。在相同压力比时，经圆弧修正后的涡旋压缩机可设计成更加紧凑的结构。改善了渐开线起始段的切削工作状态的受力特性。经过圆弧修正后的旋压缩机，可获得较高的工作效率，图 3-2 即为排气孔处的圆弧修正。涡旋体修正前的涡旋修正后的涡旋图 3-2.涡旋

33、体的修正第四章 压缩机附件及密封细节4.1 防自转机构十字环结构：十字环防自转机构有两种结构形式，一种是十字连接环一种是十字滑块。十字联接环上两对凸台分别与支架体和动涡盘可滑动槽连，如图 4-1。原理：使动涡旋体绕主轴中心转动时，十字环的凸台分别在滑动槽中滑动，动涡盘与支架体上的 4 个滑动槽分别对称布置，运动时达到旋转效果。特点：结构简单，容易制造，易装配，体积小，但是易磨损。滚珠轴承结构：两几何形状相同孔板分别安在机体和动涡旋体上，在孔板间设置钢球连接孔板。原理：动涡旋体平动时，钢球可在孔内转动。要求：平动半径为 R 时， 孔板孔为 2R，钢球半径为 R。特点：结构简单，易加工，可实现滚动

34、支撑，减少磨损。注：当滚轴承设计成特殊结构型式时，滚环不仅可以承受动涡旋盘上的轴向作用力，而且可以防止动涡旋盘的自转，动涡盘与支架上的滚槽有很高的位置精度要求，而且采用特殊滚环结构时，主轴偏心是不能自动调整， 特殊结构滚珠的个数没有特殊要求，滚珠少则每个滚珠的受力会增大，滚珠太多，滚槽位置精度及尺寸精度将难以保证。一般情况下，滚珠的个数以 8-20 个为宜，如图 4-2。图 4-1.十字环防自转机构圆柱销结构：在机座上安装孔板，动涡旋体上装入圆柱销，圆柱销插入孔板的孔内。原理：当动涡旋体平动时，销在孔内平动，回转半径 R。要求：销半径 2R,孔径 4R特点：受力好，结构简单，但无支撑作用。与十

35、字环结构相比,圆柱销防自转机构具有以下结构特点:1.十字环结构允许主轴偏心量发生变化,圆柱销结构要求主轴偏心量取定值。2.十字环结构要求不同方向的键垂直即可,圆柱销结构对销及槽的位置精度有严格要求。注：圆柱销不是单个使用,而是三个同时工作。它们的一端与动涡盘或支架过盈配合，另一端则在支架或动祸盘的圆柱槽中作平面运动，如图 4-3。图 4-2.滚动轴承防自转机构图 4-3.圆柱销防自转机构小曲柄销结构： 小曲柄销的轴头部分位于支架上的轴孔中,曲柄销位于动涡盘的曲柄销孔中,同时使用的小曲柄销有 l-3 个,最常见的布置方式为圆周均布型。原理：小曲柄销具有与偏心主轴相等的偏心量,其工作过程也与偏心主

36、轴相类似。由此,偏心主轴与小曲柄销构成了一个平面连杆机构,从而限制了动涡盘的自转运动。特点:结构简单、体积小、易装配、无惯性力、工艺性较好、转动灵活、不易磨损、适合于大小偏心距的涡旋机械,但是制造精度较高,滑润比较困难。只能承受径向力,不能承受轴向力,不具有止推轴承的作用是它的不足之处。此种此种机构主要用于大涡旋盘流体机械中。本设计中的涡旋压缩机选择结构简单， 容易制造， 易装配， 体积小的十字环防自转机构，通过对其淬火以及表面磷化处理后达到使用要求。4.2 轴承及支承由于本设计的涡旋压缩机的气压值并不高，于是选择两个深沟球轴承。轴承是涡旋压缩机的结构中不可或缺的一部分。曲轴做旋转运动还需要支

37、承，支承的效果会影响轴承的受力状况和曲轴的工作状态，在本设计中利用支架体的轴承座作为支承部分，本设计中有上下支承，用于安装轴承并支撑主轴，上支架体如图 4-4,用于支撑十字环和主轴承。4.3 压缩机的性能压缩机能否得到高的工作性能，在很大程度上取决于密封及润滑的有效性。由于加工精度、装配精度以及动涡盘受力等影响，涡旋压缩机的压缩腔会有一定的径向和轴向间隙，这图 4-4.上支架体些间隙必须采取有效的密封措施。润滑是保证涡旋压缩机可靠工作的重要环节， 润滑油除了润滑轴承外还起到导热及密封作用。4.4 径向密封径向密封主要靠控制动涡盘与静涡盘涡旋体侧壁面之间的径向间隙来实现的。理论上讲，动静涡盘的侧

38、壁面沿径向并不接触，而是形成一个很小的间隙值，由于润滑油及高速主轴旋转的双重作用，单位时间内通过径向间隙的切向气体泄露受到了限制。实际上由于形位精度及装配精度的影响，动静涡盘涡旋体的侧壁面之间会有轻微的接触。由于是滑动接触，所以造成的功耗是比较小的。当主轴偏心量 Ror，动静涡旋体的壁厚 t 和节距 p 不满足tpRor2时，会出现以下情况：在tpRor2时，动静涡盘的涡旋体侧壁面之间有很大的接触力，严重时涡旋压缩机无法装配或不能正常运转。在tpRor2时，径向间隙值很大，涡旋压缩机工作时，沿径向间隙的切向气体泄漏量明显增加，容积效率下降，排气温度提高，涡旋压缩机也不能正常工作。解决以上两种异

39、常情况的方法之一，就是涡旋压缩机的回转半径能够自动调节 Ror，使实际偏心量满足 p 和 t 的要求，解决了涡旋压缩机的径向间隙密封和可靠性运转问题。4.5 轴向间隙轴向间隙的泄漏线长度比径向泄漏线长度大得多，因此，轴向间隙的密封效果就比径向间隙的密封效果重要得多。当动涡盘背压施加一定的作用力来限制压缩腔中的气体对动涡盘的作用力，而导致动静涡盘沿轴向脱离时，涡旋体高度及顶部与底部平面的平面度、平行度就是轴向间隙密封的重要因素了，即依照涡旋盘的加工精度来保证轴向间隙的有效密封，背压腔平衡机构就是采用这种方法。如果动涡盘上受到的轴向气体作用力，传递到支架上安装的轴承，则压缩机工作时，其压缩腔顶部留

40、有一定间隙，造成径向气体泄漏。在这种情况下，密封轴承间隙的有效方法之一就是设立密封条，其材料常采用聚四氟乙烯，即优质的 PTFE 树脂。采用聚四氟乙烯材料时密封条采用整体结构。4.6 润滑涡旋压缩机的轴承、各个相对滑动摩擦表面都需要润滑，油怎样到达各个摩擦面就成为了结构设计的一个重点。高压涡旋压缩机主要靠压差供油，即润滑油在压缩气体的一定压差下，从油池将润滑油压入背压腔，到达各个接触表面，达到润滑目的。而本设计为低压涡旋压缩机，通过在主轴钻通油孔，并在主轴底部安装油泵，润滑油通过油泵的压缩从主轴的油孔进入曲柄销与动涡盘的装配处，而后通过缝隙向下流到主轴承润滑主轴承，而后继续沿着主轴与支架体的缝

41、隙经过副轴承最终回到油池，而少许的油雾随着制冷剂进入到涡旋体中对涡旋体进行润滑。4.7 结果通过对涡旋压缩机主要零部件及其附件设计装配完成后得到本次设计的涡旋压缩机装配图，如图 4-5,利用 UG 建模得到涡旋压缩机的三维模型如图 4-6,图 4-7。图4-5.涡旋式压缩机装配图1-底座 2-磁环 3-油泵 4-上油管 5-下支撑 6-副轴承 7-机壳 8-电动机定子 9-电动机转子 10-主轴11-大平衡铁 12-主轴承 13-上支撑 14-偏心块 15-滑动轴承 16-十字环 17-动涡盘 18-六角螺栓19-弹簧垫圈 20-静涡盘 21-上壳盖 22-排气管 23-止回阀 24-排气管座

42、 25-进气管座 26-滤网 27-进气管 28-小平衡铁图 4-6.涡旋压缩机零部件 UG 模型图 4-7.涡旋压缩机 UG 模型静涡盘主轴动涡盘下支撑上支撑油泵深沟球轴承第五章 基于 NX Nastran 解算器的有限元分析本设计采用的是 UG8.0 自带的 Nastran 解算器进行有限元分析，从而可以校核主轴或者其他重要零件的受力变形和使用寿命。这里主要对涡旋压缩机的主轴进行有限元分析。建立一个主轴的三维模型，其尺寸由计算部分给出已知主轴材料为 40Cr，从 UG 的仿真界面的材料库可以找到改材料，即 Iron_40，在建立高级仿真后对主轴指派材料图 5-1.主轴模型图 5-2.指派材

43、料材料的具体属性如图 5-3在指派材料后，采用 3D 四面体 10 结点网格对主轴进行网格划分有限元网格划分正确后，在仿真导航器中的约束容器中为主轴添加约束，约束点为主轴承图 5-3.材料属性图 5-4.网格划分图 5-4.网格划分和副轴承的安装位置，选择柱坐标系，约束 x、y、z 移动，其余自由。按照计算手稿为有限元模型添加载荷，红色为载荷分布，蓝色为约束，如图 5-6用 Nastran 解算器求解以上模型，进入后置处理，生成报告并导出仿真报告，得到结果汇总。图 5-6.添加载荷图 5-5.添加约束表 5-1.仿真报告结果汇总Subcase - Static Loads 1 : Number

44、 of Iterations = 1位移 (mm)应力 (mN/mm2(kPa)XYZMagnitude Von-MisesMinPrincipalMaxPrincipalMax Shear静态步长 1Max 2.098e-003 1.877e-003 1.994e-0037.959e-0031.579e+0042.781e+003 1.617e+0048.458e+003Min-2.221e-003-1.872e-003-7.642e-0030.000e+0001.228e-001-1.718e+004-3.255e+0036.994e-002从结果汇总中可知最大位移为0.007959mm，

45、 最大应力为15.79Mpa远小于材料的135Mpa，符合要求。在后置处理导航器中双击结果，展开结果便可得到位移-节点、应力-单元节点、应力-节点等的仿真图A.位移节点图B.应力单元节点图图 5-7.位移节点图C.应力单元节点图D.应力单元节点图图 5-8.应力单元图图 5-9.应力单元节点图至此，完成了基于 NX Nastran 解算器的主轴的有限元分析。图 5-10.反作用力节点图总结近两个月的毕业设计已经结束。在这次毕业设计中，我在大学所学的理论知识再一次得到了综合运用，同时也涉及到了许多过去没接触过的知识，如本次设计的主题空调用涡旋式压缩机，虽然平时对空调已经司空见惯，但是当我开始设计时才发现空调的真实面目，通过老师的帮助并且查阅了许多资料后，才对涡旋式压缩机有了粗略的了解；还有在本次设计其间所用的绘图软件的很多以前没用过的功能也得到了运用， 使得我更加了解和熟悉所用的绘图软件。在整个设计中，通过查阅及搜集相关资料，我了解到了涡旋压缩机设计的一般过程，熟悉了与我们专业息息相关的绘图软件和办公软件， 学会了查阅各种资料及如何运用所查到的资料。学会了独立思考和运用所学知识，明白了有针对性的学习更有效率。本设计中采用的绘图工具有 AUTOCAD、UG8.0、CAXA 等，提高了绘图质量缩短了绘图时间