基于NURBS的螺旋转子型线补偿设计与优化

摘要

螺杆压缩机广泛应用于矿山、冶金、机械和制冷行业。螺旋转子是螺杆压缩机的核心部件，其型线对压缩机的性能具有很大影响。螺旋转子发生力、热变形将会引起功耗及泄漏损失，导致螺杆压缩机工作效率降低。本文采用NURBS方法对转子型线进行补偿设计与优化，以减小工作过程中转子型线与理想型线的误差，提高螺杆压缩机工作性能。
　　首先对螺旋转子的坐标变换、典型型线方程及螺旋齿面方程进行理论分析，为螺旋转子的三维参数化建模与型线补偿设计提供理论依据。
　　根据NURBS曲线理论，推导螺旋转子型线的NURBS表达式，并确定了节点矢量、控制顶点和权因子的计算方法。
　　在分析研究各种参数化设计原理及技术基础上，设计一种基于NURBS和SolidWorks的螺旋转子三维参数化建模方案，并以SolidWorks API为二次开发工具，实现了螺旋转子的三维参数化设计。
　　对螺旋转子的运行工况进行了深入分析，利用SolidworksSimulation对其分别进行受力变形和热态变形的有限元分析，通过在螺旋转子工作型面上建立虚拟传感器，获得转子工作状态下的变形分布规律。对螺旋转子的受力变形和热态变形进行分析比对，为转子的补偿设计提供可靠数据。
　　为了补偿实际工况下的转子型线与理想型线的误差，推导变形型线和标准型线间的误差计算理论公式，并以该误差为依据，构造两种误差补偿方案（反向补偿和法向补偿）。对转子型线进行迭代补偿，优化转子型线。以标准原始对称阴、阳转子为实例，证明了补偿方案的有效性。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．1．1 螺杆压缩机的发展及现状

1．1．2 螺旋转子的结构特点

1．1．3 转子型线对螺杆压缩机性能的影响

1．2 国内外研究现状

1．2．1 螺旋转子型线设计现状

1．2．2 螺旋转子有限元分析现状

1．2．3 NURBS在转子型线设计中的应用现状

1．3 论文研究内容

1．3．1 论文工作意义

1．3．2 论文研究内容

2 螺旋转子型线设计基本理论

2．1 转子型线的数学描述

2．1．1 坐标系建立及坐标变换

2．1．2 转子典型型线方程

2．2 转子典型型线

2．2．1 对称圆弧型线

2．2．2 不对称型线

2．2．3 新的不对称型线

2．3 转子螺旋齿面方程的数学描述

3 基于NURBS的螺旋转子型线描述

3．1 NURBS曲线

3．1．1 NURBS曲线特性

3．1．2 NURBS曲线应用

3．2 NURBS曲线定义

3．3 NURBS曲线矩阵表示

3．3．1 B样条曲线矩阵表示

3．3．2 NURBS曲线矩阵表示

3．4 螺旋转子型线NURBS描述

3．4．1 建立螺旋转子型线NURBS方程的基本思想

3．4．2 确定节点矢量

3．4．3 反算控制顶点

3．4．4 反算权因子

3．5 螺旋转子型线NURBS求解实例

4 基于Solidworks和NURBS的螺旋转子参数化设计

4．1 参数化设计原理

4．1．1 参数化设计原理

4．1．2 三维参数化设计技术

4．2 基于SolidWorks API的参数化设计

4．2．1 Solidworks简介

4．2．2 Solidworks API简介

4．2．3 Visual Basic开发工具简介

4．2．4 SolidWorks API参数化设计方法

4．3 螺旋转子三维参数化设计方法

4．3．1 螺旋转子参数化设计流程

4．3．2 螺旋转子参数化设计实现

4．3．3 螺旋转子参数化设计实例

5 螺旋转子型线变形的有限元分析

5．1 Solidworks Simulation及其有限元分析步骤

5．2 螺旋转子有限元分析方案

5．2．1 螺旋转子有限元分析流程

5．2．2 螺旋转子工作型面的虚拟传感器探测

5．3 螺旋转子型线热态变形分析

5．3．1 建立螺旋转子有限元模型

5．3．2 螺旋转子型线热态变形有限元分析

5．4 螺旋转子型线受力变形有限元分析

5．4．1 螺旋转子受力分析

5．4．2 螺旋转子受力计算

5．4．3 螺旋转子型线受力变形有限元分析

5．5 螺旋转子热力变形比较

5．5．1 阴转子热力变形比较

5．5．2 阳转子热力变形比较

6 基于NURBS的螺旋转子型线变形补偿设计与优化

6．1 曲线几何误差的理论研究

6．1．1 区域查找原理

6．1．2 曲线几何误差坐标投影

6．1．3 曲线几何误差计算和评定

6．2 螺旋转子变形误差计算方法

6．2．1 螺旋转子变形误差原理

6．2．2 螺旋转子变形误差计算实例

6．3 转子型线变形反向补偿方法

6．3．1 转子型线变形反向补偿原理

6．3．2 转子型线反向补偿建模与有限元分析

6．3．3 转子型线变形反向补偿的误差计算

6．4 转子型线变形法向补偿设计方法

6．4．1 转子型线变形法向补偿原理

6．4．2 转子型线法向补偿建模与有限元分析

6．4．3 转子型线变形法向补偿的误差计算

6．5 各种型线误差比较

6．6 转子型线补偿优化

6．6．1 转子型线补偿优化方法

6．6．2 转子型线补偿优化实例

6．7 标准原始对称阳转子补偿优化实例

7 结论与展望

7．1 结论

7．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间参加科研项目和发表论文情况

致谢