涡旋式压缩机通用涡旋型线性能控制系数研究

摘要

涡旋式压缩机的动盘静盘内外壁不断循环啮合运动是保证其正常压缩介质的关键，啮合时腔体大小取决于涡旋型线的形状，因此涡旋型线的设计合理与否直接影响和决定了涡旋式压缩机的动盘静盘加工制造、整机性能。本研究以国家自然科学基金项目（项目编号51375515）为依托，为打破只研究一类数学模型对应一类型线的固有思路，克服单一涡旋型线与生俱来的外形固定数学属性的束缚。本文旨在通过对已得出的以切向角参数为变量、结合微分几何理论、依托分解向量模长级数形式的通用涡旋型线共轭啮合向量方程的性能控制系数研究，探索它的弧函数级数表征形式中函数本身的性能控制系数变化规律，最终依据实际需求和加工能力创新出各类拥有较好性能属性的动盘静盘涡旋型线。本文的主要研究内容和成果有如下几部分：　　①在平面曲线的自然参数和切向角参数向量表征形式基础上分别对涡旋型线的包络等距原理、共轭啮合原理进行详细推论和证明。通过对动盘静盘涡旋型线关于法向、切向分解向量模长函数的级数化拓展以及分析它的两种向量表征的利弊，给出动盘静盘涡旋型线啮合的条件公式，最终采用沿着共轭点的公共切线和公共法线方向的向量之和形式表征动盘静盘涡旋型线，且给出了它的表征方程式及啮合时的几何特性计算公式。　　②分析了基于通用涡旋型线的动盘静盘生成的原理，归纳与动盘静盘涡旋型线和动盘静盘有关的各种结构参数、性能参数公式，利用MATLAB中的GUI工具包设计开发了通用涡旋型线参数GUI并介绍程序功能和运行界面效果。　　③对比通用涡旋型线与四大类经典型线后发现其可包含和表示圆及圆弧、基圆渐开型线、变基圆渐开型线以及加速螺旋线间的线性组合。通过分析比较前1项到前5项性能控制系数生成的各种“性能参数”，总结出性能控制系数变化对动盘静盘性能的影响规律。　　④利用通用涡旋型线参数GUI程序，设置已优选的初始参数，在UG软件中进行涡旋型线建模、动盘静盘建模和静盘模型应力应变比较。分析了动盘静盘铝合金锻造加工时原材料选取和锻造加工毛坯成形方法等关键技术。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪论

1.1 本文研究的背景及意义

1.2 国内国外研究现状分析

1.3 本文研究的目的和内容

1.4 本文创新点和技术路线

1.5 本章小结

2 关于切向角、向量和、模长级数的通用涡旋型线原理探究

2.1 平面曲线的自然参数、切向角参数向量表征形式

2.2 关于展开角、极坐标形式的动盘静盘涡旋型线

2.3 关于切向角、共轭点分解向量和的动盘静盘涡旋型线

2.4 关于切向角、向量和、模长级数表征的通用涡旋型线及几何特性

2.5 性能控制系数ek和涡旋型线啮合的向量几何解释

2.6 本章小结

3 通用涡旋型线参数GUI设计

3.1 通用涡旋型线基础上的动盘静盘生成原理

3.2 通用涡旋型线初始参数和动盘静盘结构、性能参数分析

3.3 通用涡旋型线的参数化GUI设计

3.4 运行界面及功能的展示

3.5 本章小结

4 性能控制系数规律特征探究

4.1 四大类经典涡旋型线的表征

4.2 通用、经典涡旋型线对比及“通用性”利弊分析

4.3 性能控制系数规律探究

4.4 动盘静盘结构一定时的通用涡旋型线优选

4.5 本章小结

5 涡旋盘建模仿真与铝合金锻造加工

5.1 涡旋型线和涡旋盘建模

5.2 静涡旋盘应力应变对比

5.3 涡旋盘铝合金锻造加工

5.4 本章小结

6 结论与展望

致谢

参考文献

附录