双螺旋转子型线构型与刀具刃形设计研究

摘要

螺杆压缩机在矿山、冶金、空气动力及制冷等工业领域广泛应用，双螺旋转子是螺杆压缩机的核心部件。转子型线的优劣直接影响压缩机性能的好坏，因此，研究转子型线构型设计与转子成型铣刀刃形设计具有理论和现实意义。
　　圆弧-圆弧包络线具有良好的啮合特性，可使螺旋转子间实现“曲面对曲面”的密封。根据共轭啮合原理，由已知圆弧齿曲线方程推导了与之啮合的圆弧包络线齿形方程，形成了一套较为完整的圆弧-圆弧包络线解析求解方法。在此基础上，建立了圆弧-圆弧包络线转子型线数学模型，采用MATLAB编程实现了转子各段齿曲线参数的计算，及转子型线和啮合图的绘制。
　　对于由离散坐标点表示的螺旋转子型线，NURBS为其提供了一种精确的曲线曲面构造方法，因此，采用NURBS方法对转子型线逆向设计进行了深入研究。确定了转子特征型值点、节点矢量、控制点及权因子的计算模型，实现了转子型线基于离散型值点的NURBS拟合。根据共轭啮合原理，推导了与NURBS拟合型线相啮合的转子共轭型线的计算模型。针对转子型线离散问题，提出了等弧长离散算法，通过逼近误差校验划分精度，实现了转子NURBS型线的等弧长划分。
　　研究了螺旋转子齿面在三维设计软件中的生成原理。在分析转子型线数据结构的基础上，设计了转子三维实体建模方案。实现了阴、阳转子三维实体建模、装配建模及动态啮合仿真。
　　对螺旋转子齿面成型铣削原理和成型铣刀刃形设计思想进行了深入分析，采用NURBS方法求解刀具-转子接触条件式的计算模型，实现了基于NURBS的铣刀刃形设计。在MATLAB中对刀具实例进行了计算，并利用获得的数据在UG中建立了铣刀三维实体模型。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．1．1 螺杆压缩机基本结构及工作原理

1．1．2 螺旋转子基本结构及特点

1．1．3 螺旋转子型线设计原则

1．2 螺旋转子型线及加工方法概述

1．2．1 螺旋转子型线类型及发展

1．2．2 螺旋转子加工方法

1．3 螺旋转子设计及制造国内外研究现状

1．3．1 螺旋转子型线设计国内外研究现状

1．3．2 螺旋转子加工国内外研究现状

1．4 论文研究意义及主要研究内容

1．4．1 论文研究意义

1．4．2 论文主要研究内容

2 螺旋转子设计基本理论

2．1 螺旋转子型线设计基本理论

2．1．1 螺旋转子坐标系建立及坐标变换

2．1．2 螺旋转子组成齿曲线及其共轭曲线分析

2．2 典型型线及其共轭曲线推导

2．2．1 直线与摆线

2．2．2 椭圆-椭圆包络线

2．3 螺旋转子齿面方程及其法线分析

2．3．1 螺旋齿面方程

2．3．2 螺旋齿面法线分析

2．4 本章小结

3 螺旋转子圆弧-圆弧包络线型线构型设计

3．1 圆弧-圆弧包络线型设计理论

3．1．1 圆弧-圆弧包络线概述

3．1．2 圆弧-圆弧包络线解析求解

3．1．3 销齿圆弧和对滚圆弧解析求解

3．2 基于圆弧-圆弧包络线的螺旋转子型线构型

3．2．1 螺旋转子圆弧-圆弧包络线型线构型

3．3．2 齿曲线未知量求解

3．3 基于Matlab的螺旋转子型线计算

3．3．1 螺旋转子圆弧-圆弧包络线型线计算

3．3．2 圆弧-圆弧包络线转子型线计算实例

3．4 本章小结

4 螺旋转子NURBS型线构型设计

4．1 NURBS方法

4．1．1 NURBS方法概述

4．2．1 NURBS曲线、曲面定义

4．2 螺旋转子的NURBS描述

4．2．1 螺旋转子型线的NURBS定义

4．2．2 螺旋转子型线NURBS曲线矩阵表示

4．3 螺旋转子NURBS型线构型设计

4．3．1 螺旋转子型线特征数据点提取

4．3．2 节点矢量的计算

4．3．3 NURBS曲线控制点及权因子的反求

4．3．4 螺旋转子NURBS共轭型线的求解

4．4 螺旋转子NURBS型线离散算法

4．4．1 等弧长原则的螺旋转子型线离散算法思想

4．4．2 螺旋转子型线离散步长的计算

4．4．3 螺旋转子型线离散点的求解

4．4．4 螺旋转子型线逼近误差检验

4．5 基于MATLAB的螺旋转子型线计算

4．5．1 螺旋转子NURBS型线计算

4．5．2 螺旋转子NURBS型线计算实例

4．6 本章小结

5 螺旋转子三维几何建模及啮合仿真

5．1 三维设计软件UG功能概述

5．1．1 UG的实体建模功能

5．1．2 UG曲面建模

5．1．3 UG装配建模与运动仿真

5．2 螺旋转子三维建模与装配建模机制分析

5．2．1 转子螺旋面的生成原理

5．2．2 螺旋转子三维建模及装配建模方案

5．3 UG环境下螺旋转子的三维几何建模

5．3．1 螺旋转子型线草图的绘制

5．3．2 螺旋转子三维模型

5．4 UG环境下螺旋转子的装配建模与啮合仿真

5．4．1 螺旋转子的装配建模

5．4．2 螺旋转子的动态啮合仿真

5．5 本章小结

6 螺旋转子加工刀具刃形设计

6．1 螺旋转子齿面成型铣削原理分析

6．2 螺旋转子成型铣刀刃形设计

6．2．1 成型铣刀设计基本原理

6．2．2 转子-刀具接触条件式的求解

6．2．3 中心距和安装角度的求解讨论

6．3 螺旋转子成形铣刀刃形的光滑处理

6．4 螺旋转子成型铣刀实例分析

6．4．1 基于MATLAB的成型铣刀刃形计算

6．4．2 成型铣刀计算实例

6．4．3 成型铣刀三维建模

6．5 本章小结

7 结论与展望

7．1 结论

7．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间主要研究成果

致谢