客车空调用涡旋压缩机结构设计【含CAD图纸、PROE三维、说明书】

【温馨提示】压缩包内含CAD图有下方大图片预览，下拉即可直观呈现眼前查看、尽收眼底纵观。打包内容里dwg后缀的文件为CAD图，可编辑，无水印，高清图，压缩包内文档可直接点开预览，需要原稿请自助充值下载，所见才能所得，请见压缩包内的文件及下方预览，请细心查看有疑问可以咨询QQ：11970985或197216396 压缩包内含有CAD图纸和说明书,咨询Q 197216396 或 11970985摘 要本次毕业设计是关于客车空调用涡旋压缩机的结构设计，以及涡旋压缩机的部分零件二维和三维图纸，然后再对主轴进行强度校核。涡旋压缩机整体结构设计上属于公转型整机结构，其中比较重要的机构包括静涡盘、动涡盘、主轴和防自转机构，其余的部件包括偏心调节机构、平衡块等等。涡旋压缩机的设计流程大体如下，首先是简单介绍涡旋式压缩机的原理，其次由既定参数和假设条件得到压缩内容积比与吸气容积；再按照设计要求选择涡旋线，通过涡旋线算出涡旋的一些几何数据，并对涡旋线进行修正；将主要的参数通过已知公式进行计算，从而设计出动、静涡盘和其他部分零件。然后用AutoCAD画出二维装配图和部分的二维零件图；后在Pro/E建出静、动涡盘的三维模型和总体结构模型。最终把偏心主轴放在UG里进行受力分析，并完成强度校核。关键词：涡旋压缩机；动涡盘；静涡盘IABSTRACTThe purpose of this design is to complete the structural design of a scroll compressor for passenger car air conditioning, and the scroll compressor belongs to the volume compressor.The structure design of the scroll compressor adopts the rotating structure form and the circular involute scroll line. The main mechanism is the static vortex disk, the moving vortex disk, the eccentric spindle, the cylindrical pin coupling, and the other parts, such as eccentric adjustment mechanism, balance block, motor and so on. The design of the scroll compressor first obtains the compression content product ratio and the suction volume according to the design parameters. After that, the suitable scroll line is determined, the main parameters of the vortex part are calculated, and the vortex line is corrected. The main parameters are calculated, and the dynamic and static vortex disk and other parts are designed. Then use AutoCAD to draw the assembly drawing and part drawing, and then draw the three-dimensional and general structure diagram of the moving and stationary scroll with Pro/E. Finally, the force analysis of the crankshaft is carried out by UG8.0, and the strength is checked.Key Words： Scroll compressor； moving vortex disc；static vortex discIV目 录摘 要IABSTRACTII1 绪论12 涡旋式压缩机和静动涡盘和工作原理23 压缩机的整体结构设计43.1 涡旋压缩机的主要零件结构设计43.2 涡旋压缩机其他部件的结构设计93.3 动涡盘结构设计153.4 动静涡盘结构设计153.5 运动件的受力分析163.6 密封与润滑184 基于NX Nastran解算器的有限元分析205 结 论28参 考 文 献29附录1：外文翻译30附录2：外文原文35致 谢43客车空调用涡旋压缩机结构设计1 绪论涡旋压缩机的历史并不是太长，在其他压缩机类型已经被发明的前提下，在一九零五年第一次被欧洲的Leon Creux生产出来，因为受限于当时的工业水平并没有那么高， 直到20世纪80年代进行批量化的制造。压缩机的发明过了七十年，因为国际上能源的供应进一步减少并且新型能源技术还不成熟和铣削技术得到极大的进步，这些情况大大促进了涡旋式机械的发展。具有里程碑意义的涡旋式压缩机初次报告在一九七三年由位于北美ADL提出了，根据当时信息得知，涡旋式压缩机相较于其他压缩机拥有十分巨大优越性，越来越多的人认识到涡旋压缩机出色的性能，也愈发愿意研究涡旋压缩机。 一九八二年，位于东京的三电株式会社在世界上首先进行了汽车空调用涡旋式压缩机大规模化生产，之后的日立株式会社、美国的Copland公司也参与进来。很多世界各地的机械制造公司都开展了关于涡旋式压缩机的业务，一时间，涡旋式压缩机在市场的份额大大增加。涡旋式压缩机能够成功批量生产的最重要的一个原因就是，涡旋式压缩机产品比容量参数一样的往复式压缩机要不同，有着明显优势,工作时噪音减少了5db(A)，扭距的变化幅度少90%,生产加工过程零件减少85%。由于我国的工业底子比较于欧美强国和日本，显得很薄，所以我国的涡旋式压缩机研究生产起步晚，其开发、研制从一九八六年才初步开始，但正是改革开放的时期，可以大量借鉴外国的压缩机经验，涡旋压缩机的发展速度十分快，令世界瞩目。发展到现在，我国已经对其有了富有成效的结果，成就颇丰，对于不同种结构类型涡旋式压缩机科研人员做出了大量的研究报告；成功在进一步减少了生产成本的情况下，还可以增加压缩机的工作能力；根据大量经验和技术总结得出质量控制、控制标准和高精密零件涡旋齿的精度方法。涡旋压缩机依靠新颖的结构，在耗能方面，远远超过其他的种类的压缩机。其中的原因是涡旋压缩机的最重要的部件两个涡盘因为啮合而没有磨损，因此使用寿命比其他种类的压缩机的寿命大大增加。涡旋压缩机工作环境安静、振动很少，发出的声音十分的少。 涡旋式压缩机在结构上不仅特殊、还不失精密，有着体积小、噪音低、振动小、故障率低、排气污染少、耗能小、工作寿命长等特点，在世界中的各行各业里，涡旋压缩机的普及率十分的高。综上所述，在压缩机领域中，涡旋式压缩机有着不可替代的地位，其研发价值十分巨大，作为发明较晚的压缩机，其研究前景，发展潜力都十分大。之前涡旋压缩机的设计方法已经十分完善，通过参考设计经验，本论文将根据已知参数和条件，对客车空调用涡旋压缩机进行结构设计。2 涡旋式压缩机和静动涡盘和工作原理涡旋压缩机的动涡盘和偏心主轴配合，主轴对动涡盘进行直接驱动，旋转压缩机有着一样的工作过程。电机启动后，涡盘开始旋转，外部气体被吸入后，经过压缩，得到压强较高的气体，大体步骤相同，然而，涡旋压缩机和别的压缩机本质上的不一样的地方就在于压缩腔上，动、静涡盘组合形成的压缩腔与传统的往复压缩机和旋转压缩机有着极大的不同。可以说压缩腔是涡旋式压缩机的最重要的部分，而没有精确的涡旋线，就不会产生压缩腔，经过很长时间的发展，静、动涡旋盘上涡旋线型往往是圆渐开线和校正曲线。以下将介绍一个圆形渐开线涡旋线，从而使大家明白涡旋式压缩机是如何运动的。静、动涡盘的相位差，基圆中心相距Ror，在这三样一样的情况下，两个涡盘就能完美的组合在一起，涡盘之中就能形成很多成对的月牙形封闭空腔用于吸气、排气和压缩气体。电机连接着主轴，电机启动，主轴随之转动，动涡盘的中心在主轴的驱动下围着着静涡盘中心运动，因为主轴有着偏心特征，所以其轨迹是直径2Ror的圆型，在这个过程中，容积腔的体积因为动涡盘相对静涡盘的位置改变而变化，容积腔体积由小变大使得外部气体的吸入其中，而容积腔体积由大变小则可以实现压缩或排气其体积都是随时变化的，不会一直不变。气压较低气体通过吸入孔和静、动涡盘的周围的狭小空间来到吸入室，动涡盘绕静涡盘中心旋转后，低压气体得到压缩后气压升高，最后通过位于静涡盘的排气孔全部排出动、静涡盘。由于涡旋线的特点，每一个压缩腔有另一个形状对称，面积相同的压缩腔，一个静、动涡盘的组合有几个不同对的压缩腔，以为原理相同，气体压缩的现象可以在任何压缩腔出现，如图1-1所示。给图中的三个成对的容积腔依次标上阿拉伯数字123方便辨别，其中1是中心压缩腔、2是第2压缩腔、3是第3压缩腔。当动涡盘的中心绕着静涡盘的中心旋转时，会形成的转动角，在压缩机的工作过程中称为偏心轴的曲柄转角。偏心轴曲柄转角0，第3压缩腔3正好完全关闭，腔内空间与外界其他完全隔绝，压缩腔闭塞的时候就意味这气体吸入完成，因为3已经关闭，当中的气体不与外界交流，并且之后就会得到压缩，体积不断减小。所以关闭时气体体积就是吸气容积，往复式压缩机的形成容积也是与外界隔绝时气体的体积。每当曲柄角的增大，月形区域也随之变小。当不断增大直到=360即是动涡盘中心绕着静涡盘中心转动一周的时候，意味着压缩腔内的气体压缩结束。3的压缩过程结束，只是仍需要进一步压缩，气体将继续由2进行压缩，最大闭合体积就是此时的压缩腔容积，容积在轴向上的投影面积最大，在此之后的压缩过程和压缩腔3的过程相同，只是气体始末体积不相同。因为3个压缩腔都在一对动、静涡盘上，同时随着偏心主轴运动，并且运动同步不干涉，所以压缩气体和吸入气体可以同时进行。1和2工作过程一样，属于没有气体被吸入的过程，因为被分成2一个周期，才被区分。涡旋压缩机压缩工作是不中断的，偏心主轴只旋转一圈并不能满足压缩的要求，所以要求偏心主轴多旋转几圈，但偏心主轴每转动一圈，就有气体被吸入第3压缩腔。当中比较特别的第一压缩腔中气体的压强并没有改变，其体积虽然减少，但与外界相通，所以是个等压的过程，气体就在这个过程中被排出。 图1-2.涡旋压缩机工作过程3 压缩机的整体结构设计3.1 涡旋压缩机的主要零件结构设计3.1.1 涡旋型线的种类选择涡旋型线的设计有着下面几种要求： 在压缩腔中要具备两种相啮合，分别是压缩腔任何一点，于静涡盘或动涡盘必须是唯一的点和那个定点形成相啮合、第二个是位于内壁的点和外侧壁上的点也形成啮合。 两个成对共轭点相啮合在涡旋的表面，动涡盘涡旋线中心与静涡旋盘中心间的距离不再跟着主轴角度改变。 每当一个成对啮合点啮合在一起的时候，这个点不仅要在漩涡面的切线方向上平行，还要和穿过涡旋线中心间的连线相互垂直。 在组成方法上，不仅是线段，涡旋体线还可由正多边形和圆形渐开线组成。和圆的渐开线连接方法不同的是，涡旋体线是以数个圆弧相连的涡线。涡旋齿型线主要种类有很多种，其中的圆渐开线和多边形渐开线都能满足上面的三种要求，因为第一种的设计过程也相对简单，容易模拟，已经被广泛的应用、比较方便于生产，因此涡旋齿型线的设计中更多使用圆的渐开线。在充分考虑过以上种种因素后，决定涡旋压缩机涡盘的涡旋齿型线的结构是圆的渐开线，并且使用单涡圈，静、动涡盘两个涡圈也是形状、位置,以中心轴对折,两边重合。因为只要设计一个涡旋线，这样可以大大简化设计。3.1.2 涡圈的几何参数设计主要参数：基圆半径a；涡圈节距Pt；涡圈壁厚t；涡圈高度H；渐开线的起始角，压缩腔的对数N；涡旋圈数m；涡圈中心面渐开线展角；涡圈中心面渐开线的最终展角E。因为要设计客车用压缩机：所以假设条件：流量是0.25m3/min；工作温度是0自50；电机功率是3.5HP电压是220V，50H；工作介质是空气；工作压力是0.6MPa；查阅参考文献2，得到一下公式用以计算，如： (2-1)T=2a (2-2)m=N+1/4 (2-3) (2-4)（1）吸气腔工作容积的计算选用额定转速是2800r/min 的YC型单相异步电机（Y90L-2）给压缩机提供动力。依照流量公式 (2-5)根据内容积比 (2-6)理想气体条件下 (2-7)得： 排气容积： 内容积比： 吸气容积：初选，根据公式（2-1）（2-2）（2-3）（2-4）求得 基圆半径渐开线发生角 涡旋圈数（取N=5）中心面渐开线最终展角带入和高度H后，涡旋压缩机的吸气腔工作容积： (2-8a)把式（2-4）带入式（2-8a）中，得 (2-8b)代入已求参数、Pt、t与式(2-8b)求得：;圆整取27mm验算： 最后得出：表示涡圈上的两个渐开线的方程分别是：（如图2-1所示）图2-1 涡圈安装方式1-静涡圈 2-动涡圈（2）排气开始主轴的回转角假设排气工作那一刻偏心主轴的回转角，与之对应的外啮合线的涡圈中心面的渐开线展角，转动一圈所得排气容积是： (2-9a)或 (2-9b)根据式（2-8）（2-9）可求得涡旋压缩机的内容比 (2-10)排气时的主轴回转角 (2-11)求得：(3)偏心距 (2-12)3.1.3 涡圈始端的修正修正过程是不可避免的，把静、动涡旋盘原始的涡旋型线设计完成后，并不能直接应用到压缩机中，为了达到要求需要对其进行修正，在涡旋的低端板上，如果涡旋体被偏置的话，涡旋压缩机的整体体积就会得到缩小，达到节省材料和空间的目的。压缩机拥有比较高的几何压缩比后，工作效率升高和加工难度降低，为了在其余几何参数不变的情况下提高几何压缩比，可以将渐开线的起始段用圆弧替代，这样做的效果有减少刀具对渐开线的干涉，并且能把开始排气角增大。渐开线的气势段用圆弧曲线进行修正，并不会出现问题，因为圆弧曲线具有共轭曲线的特性。图2-2 对称圆弧修正参数示恴图 在涡圈始端的修正中，修正类型一共有三种，选择使用对称圆弧修正到这次涡旋压缩机中，如图2-2所示，把两个圆弧分别光滑的连接到涡圈内和外侧渐开线上，之后再修正圆弧成半径为R的圆弧，再一次连接圆弧半径r的圆弧。依据直角三角形边的关系和渐开线啮合的原理，得到公式: （2-14） （2-15） （2-15）带入数据,，解得：涡圈始端的其他参数： （2-16）排气角： （2-17）连接圆弧参数方程： （2-18）修正圆弧参数方程 （2-19）根据式（2-16）、（2-17）、（2-18）、（2-19），求得：如图2-6所示连接圆弧参数方程：修正圆弧参数方程： 图2-3 修正后的涡圈始端3.2 涡旋压缩机其他部件的结构设计3.2.1 防自转机构设计防自转机构应用在避免动涡盘自转上，如果涡盘自转起来，气体压缩过程将会停止，甚至于涡旋压缩机本身都有可能报废，造成事故，会在生产存在不安全因素。其中各种机构的优缺点如下：十字环十字环有两种类型，用不同的结构形式加以区分，它们分别是十字连接环和十字滑块。第一种十字环上有着两对凸台。动涡旋体绕着主轴的中心转动时有着十字环的限制，凸台在其对应的滑动槽中做滑行运动，动涡盘与支架体上的4个滑动槽分布规律相同，都是几何对称的，这样运动时就会产生的旋转效果。十字环因为在结构上简单，生产成本小，但十字环和支架体动涡盘之间发生的磨损会增加故障几率，减少寿命。滚珠轴承一个平动半径为R， 孔板孔为2R的孔板安装在机体上，另一个形状一样的孔板则安装在动涡旋体上，两个孔板之间需要半径为R的钢珠填充，用来连接孔板。当动涡旋体平行移动的时候，钢珠就在孔中有空间做转动。只有三个主要部件，所以结构并不复杂，在滚动支撑下，大大减少了磨损。小曲柄销小曲柄销的轴头和曲柄销处在压缩机中不同的部件中，分别是在支架上的轴孔中和在动涡盘的曲柄销孔中,压缩机内同时间工作的小曲柄销有l到3个,圆周均布是小曲柄销的分布方式中最常用到的。小曲柄销和主轴的偏心量一样,所以它工作中运动也和主轴十分相近。主轴与小曲柄销两个组合在一块,它的目的就是防止动涡盘发生自转。小曲柄销在外形上具有结构简单、体积小的特点、工作时则有无惯性力、工艺性较好、转动灵活的特点，所以比较适合大小偏心距的涡旋机构或大涡旋盘流体机械中,在加工生产上精度要求高。圆柱销 孔板布置在机座，圆柱销则布置在动涡旋体上，圆柱销需要插入孔板的孔内。安装完毕后，当压缩机工资，动涡旋体平动，半径为2R的销在径为4R的孔里进行回转半径为R的平动。 图2-4 圆柱销联轴器通过充分比较后选用圆柱销联轴器作为防自转机构参考文献23.2.2径向柔性随变机构如图2-5，主由动涡盘、滑动轴承、主轴及偏心量调节块组成图2-5 偏心调节机构工作原理：曲柄销在偏离径向的方向除去两部分，然后就出现调节块沿径向方向运动导向面，调节块顺着曲柄销运动，调节块的外沿和动涡盘内壁之间的摩擦属于摩擦系数较小的滚动摩擦。偏心量调节范围： ；3.2.3轴向柔性随变机构轴向柔性随变机构将是背压腔的结构，因为力是相互的，即气体对涡盘的底面产生压力，动涡盘底面与机架体并不接触，有着很小的空间，而且偏心主轴与机架体配合紧密，没有空间，并不与外界相通，由此成为背压腔，于动涡盘最下面钻出背压孔。图2-6 背压腔机构原理图背压孔的尺寸要求十分严格，有一定的合适的范围，如果背压孔的直径大于合适的尺寸，涡旋盘的轴向磨损更加严重，并且减少涡盘的工作 寿命；如果其直径小大于合适的尺寸，就不可以平衡动涡盘的轴向载荷，这样的话动涡盘和静涡盘之间的距离就会比较大，大大增加密封面的轴向间隙，因此背压孔比较常见的直径是1到2mm。背压孔在涡盘具体位置需要知道孔不能流通的时间。3.2.4 平衡块结构设计偏心主轴是传递动力的重要零件，当压缩机的工作，偏心主轴的受力情况将会极大的影响压缩机。偏心主轴因为其具有偏心特性，并且动涡盘和曲柄销连接，这会让曲柄销受到动涡盘产生的离心力，主轴不平衡也就由此产生。 图2-7 离心作用力 图2-8 平衡块简图如图2-7所示的平衡机构结构，动涡盘的质量中心在主轴的偏心方向，但是平衡块的质量中心却处在与之相对的方向。主轴上受到离心力是由动涡盘、轴承和曲柄销的质量之和所； （2-20）式中 r主轴偏心量 ，r=2.5mm； 主轴角速度，由；平衡块的质量产生的离心力； （2-21）式中 R平衡块的质量中心到主轴中心线的距离为;根据力的平衡原理得到方程 (2-22)其中平衡块其作用部位的质量中心到偏心主轴中心线的距离是： (2-23)平衡块厚度是B，其密度是，根据公式得到偏心质量是 (2-24)带入表2-1数据 表2-1 平衡块的计算动涡盘滚针轴承曲柄销总和质量（g）62252401636228r（mm）5(rad/s)293()7050B(mm)10根据式（2-20）、（2-21）、（2-22）、（2-23）、（2-24）解得 3.2.5偏心主轴结构尺寸的确定偏心主轴的材料选择主轴设计中最频繁使用的40Cr。偏心主轴的尺寸如上图从左往右第一段用于安装曲柄销，该段直径为30mm，并且在偏心的方向造出两个对称平面并且其距离是24mm，长是40mm；第二段安装轴环，该段直径是80mm，长是12mm；第三段安装主轴承轴承，并且在该段使用深沟球轴承，该段直径为55mm长是10mm；第四段轴直径是40mm，长是36mm；第五段安装深沟球轴承装，该段直径是30mm，长是40mm；第六段轴因为要从电机获得动力，所以具有键槽，该段直径是24mm，长是50mm。3.3 动涡盘结构设计动涡盘和电机相连，所以动力不经过其他机构就能使得动涡盘工作，并且动涡盘的轴颈同偏心主轴配合，涡旋齿在动涡盘中有着很大的作用，可以根据渐开线几何形状来确定，将涡旋始端的形状进行修改。轴向补偿的形式是背压腔结构，于涡盘合适的地方钻出两背压孔，当压力太大的时候，可以通过背压孔将多于的气体排到大气中，以免损坏压缩机；轴向间隙的密封将利用密封条结构，于涡齿最顶端设置有密封条。得到动涡盘的外形尺后，动涡盘的3d建模如图2-9所示图2-9 动涡盘实体结构3.4 动静涡盘结构设计静涡盘需要和机架连接在一起，并且涡旋齿的形状和动涡盘的涡旋齿完全一样。静涡盘的进气方式是外侧进气法，进气孔位于在涡旋中心面的渐开线最终展角方向上；排气孔根据相位相差的原理，动、静涡盘刚刚排气时，气体就通过排气孔排出，压缩腔的体积也减到最小。得到参数之后，静涡盘3d建模如图2-10 、2-11所示图2-10 静涡盘实体结构图2-11 静涡盘排气孔3.5 运动件的受力分析涡旋压缩机的每个代号一样的压缩腔是成对出现的，并且投影形状对称，所以动涡盘、静涡盘都要受相同气体作用力。机架会受到来自静涡盘上受到的气体作用力，从而涡旋式压缩机在工作时会振动并产生噪声。带入主轴的回转角，得到工作腔的容积随着回转角变化的公式是 （2-25）根据公式（2-6）、(2-25)，可得 （1）切向气体力有N个压缩腔时，动涡盘上受到的切向气体力为 （2-26）式中 P涡旋节距（mm）； 压力比， ； 吸气压力（）；带入数据可得（2）径向气体力有N个压缩腔时，动涡盘上受到的径向向气体力为 （2-27）带入数据可得（3）轴向气体力动涡盘上承受的轴向气体作用力为 （2-28）带入数据可得 （4） 倾覆力矩图2-12 倾覆力矩现象的起因 如图2-12所示，因为切线方向的气体力和径向气体力合力F的共同作用点不和施加在动涡盘并使其转动的曲柄销作用点在一个垂直于轴线的面，所以会产生动涡盘的倾覆。动涡盘倾覆力矩是 （2-29）已知数据，计算可得3.6 密封与润滑3.4.1 密封(1) 径向密封所谓径向密封就是在径向上减少动涡盘侧面和静涡盘体侧面间的距离。从动、静涡盘之间设计看，它们之间的体侧面沿径向没有相接触，只会形成一个很小的间隙值，严格控制r、P及t的加工精度，使之在某个确定的公差范围之内，使用分组装配就可以进行径向间隙的密封。（2） 轴向密封如图2-13所示，对于轴向间隙的泄漏，可采用开设密封条的方法，应该在涡旋体上部安装设密封条，并且密封条与密封槽形状一致，安装后密封条应该微微高于涡旋体，阻挡泄漏。密封槽的宽度一般取1.53.5mm，高度取24mm。密封条材料是聚四氟乙烯，这种材料不仅耐摩擦、还抗高温，工作寿命很长。不过由于比其他的材料更加容易吸热而体积变大，所以应当在运动的时候注意热涨情况。图2-13 轴向间隙密封示恴图 3.4.2 润滑设计中并没有用到润滑油，也没设计出油润滑结构，所以轴承的润滑选择使用脂润滑，而且脂润滑的渗漏更少，在维修中也方便。决定将常用的钙钠基润滑脂来给轴承润滑。4 基于NX Nastran解算器的有限元分析基础结构设计结束后，还要通过校核真正的完成设计，整个涡旋压缩机中受力最复杂也是最核心的零件是偏心主轴，其受力将极大影响压缩机的工作。利用UG的Nastran解算器来有限元分析，达到校核偏心主轴受力与变形效果。下面将对压缩机的偏心主轴开始有限元分析。首先用UG打开建立的偏心主轴的三维模型，其尺寸设计以及在前面完成 图4-1.主轴模型偏心主轴的材料是40Cr，在UG的仿真界面的管理材料中的材料列表中，会有一个材料库，从中选择名称为Iron_40选项，创建了仿真，再指定材料给偏心主轴。 图4-2.指派材料40Cr材料的属性如图5-3 图4-3.材料属性在指派材料后，使用3D四面体的10结点进行网格划分，单元属性选择CTETRA(10),网格质量的中节点方法为混合，最大可比值为10，基于表面曲率的大小变化和单元体积增长速率都是初始值。 图4-4.网格划分完成了有限元网格划分，约束容器里给偏心主轴增加约束，约束点是主轴承和副轴承装配的地方，在用户定义约束中选择类型为spc，选定坐标系，不让x、y、z方向随意移动。图4-5.添加约束给有限元模型增加载荷，选择类型是幅值和方向，选择好模型对象后，红的箭头是载荷的分布，蓝箭头是约束，如图5-6 图4-6.添加载荷表4-1.仿真报告结果汇总在Nastran解算器中计算模型，通过后置处理，结果就是仿真报告。Subcase - Static Loads 1 : Number of Iterations = 1 位移 (mm)应力 (mN/mm2(kPa)XYZMagnitudeVon-MisesMin PrincipalMax PrincipalMax Shear静态步长 1Max2.098e-0031.877e-0031.994e-0037.959e-0031.579e+0042.781e+0031.617e+0048.458e+003Min-2.221e-003-1.872e-003-7.642e-0030.000e+0001.228e-001-1.718e+004-3.255e+0036.994e-002以上结论了解到位移MAX是0.007959mm，应力MAX是15.79Mpa，和材料的135Mpa先比，数值很小，所以符合要求。在后置处理导航器中双击结果，展开结果便可得到位移-节点、应力-单元节点、应力-节点等的仿真图，不同颜色代表不同程度，红色7959e到蓝色0000。图4-7.位移节点图 图4-8.应力单元图 图4-9.应力单元节点图A. 应力单元节点图图4-10.反作用力节点图5 结 论这是大学中最后一次也是最重要的一次设计工作，涡旋式压缩机从无到有，我经历了涡旋压缩机原理的学习，有关公式的查阅，动涡盘、静涡盘和其他零件的选择，大量的计算，还绘制出其图纸。从中学到了很到东西，提升了自身的能力，巩固大学四年中学到的知识，并会应用至机械结构设计中。我还学到很多关于涡旋压缩机的知识，了解到涡旋压缩机的各种各样的特点，内部结构与工作原理。期间遇到过各种各样的问题和困难，这些问题的解决，不仅有通过自己自学查阅资料，还有询问老师和同学，锻炼了沟通和协调能力。还有我学会了全方面考虑问题，先是在某点上找到突破口，然后举一反三分解前面的问题。机械制图愈加得心应手、AutoCAD和Pro Engineer 的操作速度更快，图纸和模型的错误更少。 参 考 文 献1 顾兆林. 回转式压缩机M. 苏州：苏州精机机械工业出版社,1990. 2011.6. 2 顾兆林、郁永章.涡旋压缩机设计计算研究M. 北京：机械工业出版社, 1995.3 仇博先.涡旋压缩机防自转机构分析及壳体有限元分析M. 甘肃：甘肃工业大 学 , 2001.4 李连生.涡旋压缩机M. 北京：机械工业出版社, 1998.5 刘振全,冯小礼,刘兴旺,梁高林,沈雪梅.一种涡旋压缩机轴向随便机构设计. 兰州：兰州理工大学,2007.6 周家胜.涡旋压缩机主要零件几何尺寸设计方法M.西安交通大学螺杆研究 室 ,2001.7 赵嫚.涡旋压缩机机构动力特性研究.兰州：兰州理工大学,2006.8 雷刚,刘四虎,涡旋压缩机背压设计准则研究.北京：机械工业出版社,1998.9 熊则男,乔宗亮,压缩机设计中的力学分析.北京：机械工业出版社,1997.10 熊则男,乔宗亮,回转式压缩机与泵M.北京：机械工业出版社,1997.11 吴宗泽.机械设计实用手册M.北京：化学工业出版社,1999.12 李洪.实用机床设计手册M.辽宁：辽宁科学技术出版社,1999.13 成大先.机械设计手册第三版M.北京：化学工业出版社,2001.14 C.S.Syan，U.Menon(Eds.),Concurrent Engineering:Concepts，Implementation and Practice，Chapman & Hall，London,2004.15 J.W.Bush,J.Cai11at，S.M.Seibel, Dimensiona1，Optimization of scroll compressors,in:Proceedings of the 2006,lhternational Compressor Engineering ConferencePurdue,USA,2006.16 KEGAWA M I.Scroll compressor with self adjustingback2pressure mechanism.ASHRAE Transactions，2004，70（2）：28246. 17 刘振全,王君,强建国.涡旋式流体机械与涡旋压缩机M.北京：机械工业出版 社 ,2005.18 邹青,呼咏.机械制造技术基础课程设计指导教程M. 北京：机械工业出版 社 . 43附录1：外文翻译涡旋压缩机渐开线齿形的快速测量涡旋压缩机广泛应用于空调、真空泵等。涡旋压缩机齿形的快速测量对提高压缩机的压缩效率和降低噪声具有重要意义。用红宝石接触探针测量齿廓。探头沿着X轴以匀速直线滑动。涡旋工件固定在精密旋转台上。舞台的旋转速度与X轴移动速度符合阿基米德曲线之间的关系。分析了快速测量系统的测量数据，通过补偿回转中心与工件中心坐标之间的偏移量，消除了测量误差。将测量结果与商业坐标测量机（CMM）测量结果进行了比较。利用研制的快速测量系统，在测量精度保持不变的情况下，利用CMM 10分钟测量时间，将涡旋渐开线轮廓的测量时间缩短到153秒。关键词：涡旋型线、误差分离、渐开线齿廓，涡旋压缩机，快速测量1引言涡旋压缩机通过滚动滚动的运动来压缩空气。高气压的空气通过轨道滚动从放电口排出。涡旋压缩机具有扭矩变化小、振动小、噪声小等优点。由于抽吸和排出口之间没有直接的流体通路也可以实现高效率。（一）主要表现为两种泄漏和传动原理两卷轴。图1（b）给出了包括内渐开线轮廓、外渐开线轮廓和非渐开线齿廓在内的齿廓测量。其中的泄漏是由这两种涡旋叶片的侧面之间的间隙引起的侧漏。另一个是由端板和卷轴的涡旋叶片之间的间隙引起的叶尖泄漏。这些泄漏的增加能使制造精度。快速测量高度和侧面轮廓对减少制造误差非常重要。传统上，用坐标测量机（CMM）测量涡旋齿廓，费时费力。三坐标测量机的测量时间不能满足在线加工测量要求 3 。本文研制了一种快速、准确的内、外渐开线涡旋型线轮廓测量系统。通过仿真分析测量误差。将快速测量系统的测量结果与三坐标测量机的测量结果进行了比较。经验证，开发的快速测量系统能满足要求的测量精度（3m）和测量时间（每件300秒/）。2、测量系统和测量方法图2显示固定滚动平台的开发的快速测量系统。测量系统由图-阶段和接触式扫描探针。由于滚动在线加工测量的空间非常有限，因此基于圆度测量系统开发了快速测量系统。测量系统的尺寸非常小。固定的卷轴用两个锥形销固定在旋转台上。舞台旋转角度分辨率为0.0025度。这个x轴可以由精密控制板移动。在测量涡旋型线时，采用PID控制器（4）控制旋转轴的运动速度和转速。因此，该测量系统可以实现精确定位。定位误差小到可以忽略。每个编码器的位置由每个编码器测量，并通过多轴控制板进入个人计算机。 考虑到切削油和切屑的影响，在研制的测量系统中采用了以球型红宝石制成的接触式位移探头。在X轴端固定探头用于扫描安装在旋转台上的侧面渐开线齿形。 5 一个直径为5毫米的红宝石球附着在探测轴的末端。扫描探针球在XYZ方向上有三个刻度。x和y方向的输出被用来测量渐开线轮廓，Z方向的输出用来确定z轴的摩擦。探头的电压输出通过A/D转换器传输到个人计算机中 6, 7, 8 。的分辨率和探测范围为0.1M和1毫米，分别。测量力约为0.12 N。根据所需的测量时间，旋转台的转速设定为20度/秒。滚动半径的增量可以用下面的等式来描述。R 1 R 2=一（21）/ 180（1）根据方程（1），可以计算X轴的运动速度。x轴运动速度为0.7923毫米/秒。基本圆的渐开线螺旋线可以用下面的方程来描述（2）。X=一 COS（+）+（+）（2）Y=一罪（+）COS（+）其中，一个是基圆半径，是渐开线涡旋角，是出发点的角度为渐开线齿廓。涡旋极角与涡旋角的关系可用以下方程描述：（3）。=+（）（3）在那里，是每个测点和滚动角是每个测点的极角。每个测量点的理论渐开线滚动半径可以用方程（2）和方程（3）。测量的滚动半径可以通过探头编码器和X轴编码器输出得到。轮廓误差可以用下面的公式来描述（4）。rerror=RTHrmea（4）在那里，rerror是渐开线齿形误差，在理论滚动极半径；rmea卷轴极半径测量。同样的滚动样品也被测量以比较由商业CMM，它安装在一个温度控制计量室。CMM的探测精度为0.6M.3、测量结果和误差分析无误差分离的测量结果利用研制的快速测量系统测量了固定涡卷的渐开线轮廓误差。测量的结果在图外轮廓测量的误差范围约为20米显示测量误差范围内的配置文件是40M.可以看出有非常大的快速测量系统的测量误差。测量精度无法达到要求的测量精度（3m）。通过计算机模拟B.测量误差分析测量误差的原因进行分析。有工件和旋转舞台的中心坐标之间的偏移量。偏移值有显着的效果的测量结果。接触点的Y Y方向的偏移量是由接触探头和齿廓之间的摩擦引起的。Y对测量结果的影响也。确定坐标系统误差的影响，模拟对偏移量的影响进行了分析。图4显示仿真结果接触点在固定涡卷偏移的情况下。水平轴和垂直轴表示固定滚动显示仿真波形误差的旋转角度。图4（a）显示的影响接触点的Y方向的偏移量。在这里，Y的定义通过接触测量点的Y方向的偏移量。计算轮廓误差，whenconsidered y = 0.5毫米和1毫米。可以看出，在剖面结果大影响Y。的影响变得更加显着增加Y。为了实现所需的渐开线齿廓测量精度，它被证实，Y方向的偏移误差必须从测量齿形误差的消除。图4（b）对工件和旋转舞台坐标之间的偏移中心显示的影响。测试中心坐标偏移的影响，计算机模拟是基于理想的外部和内部进行involulte渐开线齿廓。在这里，xn和yn的中心定义的坐标和工件旋转阶段之间的偏移量。如图所示，xn和yn，即使中心坐标的偏移很小，产生一个非常大的周期测量误差的影响。图3周期轮廓误差是由于XnYN。有必要单独的中心坐标的偏移偏移精度要求在y方向为。误差分离后的测量结果图3测量轮廓度误差由中心坐标和接触点的Y方向的偏移量。接触点的Y方向的偏移量可以通过编码器的输出测量探头。探头的y方向的输出约为0.1mm。Y方向的偏移，使探头的中心偏离X轴。探头接触点与x轴之间有倾斜角度。测量接触点的实际涡旋极角可以通过方程（5）显示出来。房=MEA+潭1（Y / R）（5）在那里，房是真正的卷轴极角的测量点。MEA是旋转编码器的输出阶段。Y是探针的Y方向偏移。r是每个测量点的理论滚动半径。探头中心的Y方向的偏移补偿由方程（5）。为了获得中心坐标和工件测量系统偏移，测量轮廓度误差，如图3所示装入圈由以下公式（6）。一个X+BY+C=（X2+Y 2）（6）在那里，一=2xc，B=2yc，C=XC2+YC2R 2。XC YC可以通过A和B的x和y的计算通过测量齿形误差的计算。测量轮廓误差如图3所示为补偿的XC，YC和Y.测量结果显示在图5。图5（a）表示外轮廓误差补偿后。外部轮廓误差约为5米图（b）表示的内轮廓误差补偿后。内轮廓误差大约6M.测量误差快速测量系统基本满足精度要求。为了测试快速测量系统的测量结果，在恒温室中用商用坐标测量机测量了固定涡旋的内外轮廓误差。分别从内、外侧面获得约1560个测量点。内、外轮廓测量时间约为20分钟。由快速测量系统分别从内、外轮廓测量得到约4090个测量点。用快速测量系统测量内外轮廓约150秒。的内外轮廓如图6所示测量结果。从图中可以看出，外轮廓和内轮廓的快速测量系统的测量结果是相同的。三坐标测量机。但快速测量系统的测量时间比CMM的测量时间要短得多。涡旋工件的加工时间约为300秒 9 。快速测量系统能满足在线加工测量要求。 5总论研制了一种基于精密三坐标探头的涡旋压缩机快速测量系统。通过仿真分析了两种补偿方式的测量误差。快速测量系统的测量结果与三坐标测量机的测量结果相同，但快速测量系统的测量时间比三坐标测量机的测量时间短得多。所开发的快速测量系统能够满足涡旋压缩机在线加工测量的要求。非渐开线齿形的快速测量是今后的工作方向。附录2：外文原文Rapid Measurement of Involute Profiles for Scroll CompressorsJianhong. Yang*1, Y. Arai1, W. Gao11Nano-metrology and control laboratory, Department of Nanomechanics, Tohoku University, Aramaki Aza Aoba 6-6-01, Aoba-ku, Sendai, 980-8579, JAPAN *e-mail: Jianhongnano.mech.tohoku.ac.jpScroll compressors are widely used in air conditioners, vacuum pumps and so on. Rapid measurement of flank profile of a scroll compressor is important to improve the compression efficiency and decrease noises. A contact probe made of ruby was used for measurement of flank profile. The probe was moved by a linear slide along the X axis at a constant speed. The scroll workpiece was fixed on a precision rotary stage. The relationship between the stage rotational speed and the X axis moving speed complies with the Archimedean curve. The measurement data of the rapid measurement system were analyzed and measurement errors were removed by compensation of the offset between the coordinates of the rotary stage center and those of workpiece center. The measurement results were compared with those measured by a commercial coordinate measuring machine (CMM). The measurement time for the involute profile of the scroll is shortened to 153 seconds by the developed rapid measurement system from the 10 minutes measurement time by the CMM while the measurement accuracy is kept the same.Keywords: scroll profile, error separation, involutes profile, scroll compressor, rapid measurement1. INTRODUCTIONSCROLL COMPRESSORS compress air by orbiting motions of scrolls. The air with a high pressure is taken out from a discharge opening by orbiting scroll. The scroll compressor has a lot of advantages, including small variations of torque, low vibrations and noises. High efficiency can also be achieved because there is no direct fluid path between the suction and the discharge opening 1, 2.Orbit scrollFlankleakageFixed scrollBottom(a)leakage40Inside voluteY/mmOutside voluteNon-involute200-20-40-40-20020X/mm40(b)Fig.1Leakages of scroll compressor and measurement profile67In order to further improve the efficiency of the scroll compressor, it is very important to reduce the leakages. Fig.1(a) shows mainly two kinds of leakages and gearing principle of the two scrolls. Fig.1 (b) shows flank profile measurement including the inside involute profile, the outside involute profile and the non-involute profile. One of the leakages is flank leakage caused by a gap between the flanks of the two scroll blades. The other is tip leakage caused