无油涡旋压缩机涡旋盘的有限元分析及数控加工研究

摘要

涡旋机械具有高效能、低耗损和运行稳定等优点，它在工业中的应用不断得到拓展。无油涡旋压缩机代表着涡旋压缩机领域的最高水平，影响无油涡旋压缩机效率的主要因素有泄漏、摩擦、散热，涡旋盘的表面加工质量、涡旋盘的轴向和径向装配间隙对泄漏量和摩擦有非常重要的影响，在热载荷和结构载荷共同作用下产生的涡旋齿变形很大程度上决定着涡旋盘之间的轴向和径向啮合间隙值。为了更好地了解涡旋齿的变形规律，寻求更高的表面加工质量，提升无油涡旋压缩机的工作效率，论文以有限元方法对实际工况下的涡旋盘变形进行了详细的研究和分析，同时对无油涡旋压缩机涡旋盘的数控加工方法进行了详细研究。论文的主要研究内容如下：
　　论文给出了涡旋型线以及型线的啮合条件，计算了排气温度以及各工作腔的压力。构建了无油涡旋压缩机的三维模型，并对动、静涡盘的装配体进行了运动仿真分析。采用有限元分析软件对涡旋盘在压力场、温度场以及多物理场耦合作用下的变形和应力进行了详细的定量化分析，揭示了不同运行工况对涡旋盘的应力和变形的影响规律，获得了最佳的轴向和径向装配间隙。由于无油涡旋压缩机的结构特殊性和涡旋盘的高加工精度要求，通过详细分析涡旋盘的加工工艺，提出了双圆弧样条插值法逼近涡旋型线的加工算法，与以往涡旋盘的加工方法比较，新算法得出的加工轨迹点数少，表面加工质量好，刀具的轨迹更连续、更光滑，同时该算法的实用性也很强，为无油涡旋压缩机涡旋盘的精密加工提供了更好的思路与方法。采用双圆弧样条插值法在计算机辅助加工制造模块中对涡旋盘进行了模拟加工，通过后置处理程序生成了 NC加工代码，并在 DMG加工中心上对涡旋盘进行了实际加工，在三坐标测量机上完成了涡旋盘的精度检测，检测结果表明采用双圆弧样条插值法加工后的涡旋盘能完全满足设计精度要求。最后通过搭建的测试系统对新样机进行了详细的性能测试，测试结果验证了有限元分析以及加工方法的优越性，并为无油涡旋压缩机的研发提供了理论指导。

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附表索引

第1章绪 论

1.1 涡旋压缩机在国内外的研究近状

1.2 课题来源及研究意义

1.3 论文的主要研究内容

1.4 本章小结

第2章涡旋压缩机的几何理论

2.1 无油涡旋压缩机的基本结构及原理

2.2 涡旋型线的啮合理论

2.3 涡旋型线的基本方程

2.4 几何参数

2.5无油涡旋压缩机的CAD/CAE/CAM

2.6 本章小结

第3章 涡旋盘有限元分析

3.1 有限元基础

3.2 有限元方法

3.3 排气温度、压力及惯性载荷的计算

3.4 前处理

3.5 后处理

3.6 结果可靠性分析

3.7 本章小结

第4章 涡旋盘的数控加工

4.1 涡旋盘加工工艺的制定

4.2涡旋盘加工方法的选择

4.3 涡旋压缩机的CAD

4.4 涡旋压缩机的CAM

4.5 涡旋盘的加工分析

4.6 涡旋盘的精度检测

4.7 加工时应注意的问题

4.8 本章小结

第5章 实验验证

5.1 实验设计

5.2 实验装置

5.3 实验数据及实验处理

5.4 本章小结

总结与展望

1. 全文总结

2. 工作展望

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文

附录B 涡旋齿加工的数控代码