涡旋压缩机滚珠防自转机构动力学分析及可靠性评价

摘要

涡旋压缩机是当代公认的第三代新型超静容积式压缩机，具有效率高、体积小、噪音低、运转平稳可靠等优点。被广泛应用于制冷空调领域、热能工程领域以及航天航海等领域。涡旋压缩机的工作构件主要包括动涡旋盘、静涡旋盘、曲轴防自转机构、机架等。
　　本文以滚珠防自转机构为研究对象，基于涡旋压缩机和滚珠防自转机构工作原理，通过机构受力分析，建立了滚珠受力和动涡盘力矩动平衡状态的平衡方程；运用ANSYS软件分析在同一周期内不同时刻受到交替循环作用力的变形和应力情况，得出变形和应力的曲线图。考虑到滚珠在运动过程中做偏心圆运动的同时又绕对称中心线有自转运动；根据滚珠自身在机构运行过程中的受力情况，建立了滚珠机构受力模型和方程，并且分别针对单个滚珠和动静导轨分别建立了一一对应的理论分析模型。针对滚珠进行理论分析时，采用 ANSYS软件进行分析，在得出机构最大变形以及最大应力云图的基础上，结合单个滚珠的变形和应力云图着手展开研究，分析得出滚珠的最大变形和应力。最后用理论计算分析方法结合实际工作生产经验数据校核滚珠的强度，通过寿命计算推导出滚珠可能的最长稳定工作时间，确保滚珠机构设计的合理性以及可靠性。
　　针对曲轴的研究，主要从受力和力矩两个方面着手:建立曲轴理论受力平衡方程；根据已经建立的理论机构模型，采用ANSYS软件，分析曲轴在同一周期内不同时刻受到交替循环作用力的实际变形和应力分布图；得出曲轴的变形和应力图。根据理论分析结果结合曲轴的安全系数综合分析，校核得到曲轴的实际屈服强度，保证曲轴的设计可以满足相当长一段时间稳定安全工作的需求。
　　最后建立了涡旋压缩机滚珠机构事故树分析模型；对滚珠机构的主要故障类型进行了详细描述，并绘制了失效因子表；利用安全系统工程学原理，分析比较了国内外几种不同类型的可靠性评价方法和理论；采用“机构分系统定量评价”原理，建立涡旋压缩机的可靠性评价模型；根据可靠性理论研究，并结合国内外先进可靠性评价工程经验，提出针对涡旋压缩机进行可靠性评价的优化方法和评价过程。

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第1章 绪 论

1.1涡旋压缩机的基本工作原理及结构特点

1.2针对涡旋压缩机的主要研究方向

1.3涡旋压缩机的发展现状和前景

1.4本课题的来源、背景及现实意义

1.5本课题的主要研究过程及内容

1.6本章小结

第2章 涡旋压缩机几何型线构成理论及热交换模型

2.1涡旋压缩机几何理论模型

2.2涡旋压缩机正常工作过程理论数学模型的建立

2.3 动涡旋盘及滚珠防自转机构动力特性分析

2.4本章小结

第3章 涡旋压缩机滚珠防自转机构的动力特性分析

3.1涡旋压缩机滚珠防自转机构理论模型及工作原理

3.2滚珠防自转机构的几何分析及结构类型分析

3.3滚珠运动轨迹

3.4滚珠受力分析

3.5针对滚珠进行有限元分析

3.6滚珠寿命分析及计算

3.7本章小结

第4章 涡旋压缩机涡旋盘及曲轴动力特性分析

4.1涡旋盘及曲轴机构模型动力分析

4.2涡旋盘及曲轴有限元分析

4.3本章小结

第5章 滚珠防自转机构事故树分析及可靠性评价

5.1 影响滚珠防自转机构主要性能的因素

5.2 滚珠防自转机构的故障机理

5.3涡旋压缩机滚珠防自转机构事故树绘制

5.4涡旋压缩机可靠性评价方法

5.5 涡旋压缩机系统动作可靠度计算方法

5.6 本章小结

全文总结与展望

参考文献

致谢

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