基于SOLIDWORKS及ADAMS的螺桿壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)【優(yōu)秀課程畢業(yè)設(shè)計(jì)+含SW三維3D建模及1張CAD圖紙+帶任務(wù)書(shū)+59頁(yè)加正文1.64萬(wàn)字】

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小型螺桿壓縮機(jī)設(shè)計(jì)

摘   要

 本文闡述了一小型螺桿壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)過(guò)程。簡(jiǎn)述了螺桿壓縮機(jī)的基本結(jié)構(gòu)、工作過(guò)程、主要特點(diǎn)和分類(lèi)。分析了型線的設(shè)計(jì)過(guò)程，轉(zhuǎn)子的幾何特性和熱力性能的計(jì)算方法。 

本文在分析型線設(shè)計(jì)過(guò)程，幾何特性和熱力性能計(jì)算方法的基礎(chǔ)上,選取單邊不對(duì)稱(chēng)擺線-銷(xiāo)齒圓弧型線作為該螺桿壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的型線，運(yùn)用MATLAB等工具，進(jìn)行分析計(jì)算，得到型線方程和型線草圖，并且完成了幾何性能計(jì)算和熱力性能計(jì)算。在完成轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行受力分析，運(yùn)用各種分析軟件選取軸承等零件。在完成計(jì)算工作和零件選取后，應(yīng)用SolidWorks軟件，建立了螺桿壓縮機(jī)各個(gè)零件的三維模型，并進(jìn)行裝配，完成螺桿壓縮機(jī)的三維造型。應(yīng)用Adams軟件，對(duì)從SolidWorks中導(dǎo)入的裝配體建立運(yùn)動(dòng)仿真，這樣能夠形象直觀的說(shuō)明問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：螺桿壓縮機(jī) ，三維建模，MATLAB，運(yùn)動(dòng)仿真

Abstract

This paper described the design process of a small screw compressor, which outlined the basic structure of the screw compressor, the working process, the main characteristics and classification. This paper also analyzed the design process of lines, the geometry features of the rotor and the calculation method of thermodynamic property.

Based on the analysis of the design process of lines, geometric characteristics and calculation methods of thermal performance, this paper selected the unilateral asymmetry cycloid - sales arc tooth profile of the screw compressor rotor type lines for analysis and calculation using MATLAB and other tools. After above steps, the equation-based and sketch-based line are given the calculation of geometry features and thermal performance are also made. On the basis of rotor design, this paper gave stress analysis and selected bearing and other parts using a variety of analysis software to. Afterwards, the paper established three-dimensional models of the various parts of the screw compressor and carried out the assembly to complete the three-dimensional modeling of the screw compressor. With the application of ADAMS, the paper established motion simulation of the assembly imported from SOLIDWORKS, which could explain the issue vividly and intuitively.

Key words: Screw compressor, three-dimensional modeling, MATLAB, motion simulation

目  錄

第一章 緒論--------------------------------------------------------1

 1.1基本結(jié)構(gòu)和工作過(guò)程-----------------------------------------------1

   1.1.1基本結(jié)構(gòu)-----------------------------------------------------1

   1.1.2工作過(guò)程-----------------------------------------------------1

1.2螺桿壓縮機(jī)特點(diǎn)及分類(lèi)---------------------------------------------2

1.2.1螺桿壓縮機(jī)特點(diǎn)-----------------------------------------------2

1.2.2螺桿壓縮機(jī)分類(lèi)-----------------------------------------------2

1.3螺桿壓縮機(jī)發(fā)展歷程-----------------------------------------------3

1.4論文主要工作-----------------------------------------------------4

第二章  轉(zhuǎn)子型線設(shè)計(jì)------------------------------------5

2.1轉(zhuǎn)子型線發(fā)展過(guò)程-------------------------------------------------5

2.2型線方程和嚙合線方程---------------------------------------------6

2.2.1坐標(biāo)系建立和坐標(biāo)變換-----------------------------------------6

2.2.2齒曲線及其共軛曲線-------------------------------------------8

2.2.3共軛曲線和嚙合線方程-----------------------------------------9

2.3單邊不對(duì)稱(chēng)擺線-銷(xiāo)齒圓弧型線的設(shè)計(jì)--------------------------------10

第三章  幾何特性計(jì)算--------------------------------------------20

3.1轉(zhuǎn)子螺旋齒面及其法線方程----------------------------------------20

3.1.1螺旋齒面方程------------------------------------------------20

3.1.2轉(zhuǎn)子幾何參數(shù)間的基本關(guān)系------------------------------------21

3.1.3螺旋齒面的法線----------------------------------------------21

3.2接觸線----------------------------------------------------------23

3.2.1相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度------------------------------------------------23

3.2.2嚙合條件----------------------------------------------------24

3.3齒間面積和面積利用系數(shù)------------------------------------------25

3.3.1齒間面積----------------------------------------------------25

3.3.2面積利用系數(shù)-----------------------------------------------27

3.4齒間容積和內(nèi)容積比---------------------------------------------27

3.4.1齒間容積---------------------------------------------------27

3.4.2內(nèi)容積比---------------------------------------------------28

第四章  熱力性能計(jì)算--------------------------------------------30

4.1內(nèi)壓力比和壓力分布圖-------------------------------------------30

4.1.1內(nèi)壓力比---------------------------------------------------30

4.1.2壓力分布圖-------------------------------------------------31

4.2容積流量及容積效率---------------------------------------------32

4.2.1理論容積流量-----------------------------------------------32

4.2.2容積效率---------------------------------------------------32

4.2.3實(shí)際容積流量-----------------------------------------------33

4.3軸功率---------------------------------------------------------33

第五章  轉(zhuǎn)子受力分析--------------------------------------------35

5.1軸向力---------------------------------------------------------35

5.1.1端面軸向力-------------------------------------------------35

5.1.2氣體軸向力-------------------------------------------------37

5.2軸承支反力-----------------------------------------------------40

第六章  三維造型和選擇軸承-------------------------------------44

6.1三維造型-------------------------------------------------------44

6.1.1轉(zhuǎn)子造型---------------------------------------------------44

6.1.2機(jī)體和端蓋造型---------------------------------------------48

6.2選擇軸承-------------------------------------------------------49

6.2.1選擇圓柱滾子軸承-------------------------------------------49

6.2.2選擇角接觸球軸承-------------------------------------------50

6.3軸承三維造型---------------------------------------------------54

    6.4整機(jī)裝配-------------------------------------------------------55

第七章  運(yùn)動(dòng)仿真----------------------------------------57

 7.1 模型導(dǎo)入Adams-------------------------------------------------57

7.2運(yùn)動(dòng)仿真-------------------------------------------------------57

結(jié)論------------------------------------------------------------------61

致謝------------------------------------------------------------------62

參考文獻(xiàn)-------------------------------------------------------------63

外文翻譯資料 1 機(jī)電一體化技術(shù)及其應(yīng)用研究 1 機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展 機(jī)電一體化是機(jī)械、微、控制、機(jī)、信息處理等多學(xué)科的交叉融合，其發(fā)展和進(jìn)步有賴(lài)于相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，其主要發(fā)展方向有數(shù)字化、智能化、模塊化、化、人性化、微型化、集成化、帶源化和綠色化。 字化 微控制器及其發(fā)展奠定了機(jī)電產(chǎn)品數(shù)字化的基礎(chǔ)，如不斷發(fā)展的數(shù)控機(jī)床和機(jī)器人；而計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的迅速崛起，為數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造鋪平了道路，如虛擬設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)集成制造等。數(shù)字化要求機(jī)電一體化產(chǎn)品的軟件具有高可靠性、易操作性、可維護(hù)性、自診斷能力以及友好人機(jī)界面。 數(shù)字化的實(shí)現(xiàn)將便于遠(yuǎn)程操作、診斷和修復(fù)。 能化 即要求機(jī)電產(chǎn)品有一定的智能 ,使它具有類(lèi)似人的邏輯思考、判斷推理、自主決策等能力。例如在 控機(jī)床上增加人機(jī)對(duì)話功能，設(shè)置智能 I/O 接口和智能工藝數(shù)據(jù)庫(kù)，會(huì)給使用、操作和維護(hù)帶來(lái)極大的方便。隨著模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、灰色、小波理論、混沌與分岔等人工智能技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，為機(jī)電一體化技術(shù)發(fā)展開(kāi)辟了廣闊天地。 塊化 由于機(jī)電一體化產(chǎn)品種類(lèi)和生產(chǎn)廠家繁多，研制和開(kāi)發(fā)具有標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械接口、動(dòng)力接口、環(huán)境接口的機(jī)電一體化產(chǎn)品單元模塊是一項(xiàng)復(fù)雜而 有前途的工作。如研制具有集減速、變頻調(diào)速電機(jī)一體的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)單元；具有視覺(jué)、圖像處理、識(shí)別和測(cè)距等功能的電機(jī)一體控制單元等。這樣，在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)時(shí)，可以利用這些標(biāo)準(zhǔn)模塊化單元迅速開(kāi)發(fā)出新的產(chǎn)品。 絡(luò)化 由于網(wǎng)絡(luò)的普及，基于網(wǎng)絡(luò)的各種遠(yuǎn)程控制和監(jiān)視技術(shù)方興未艾。而遠(yuǎn)程控制的終端設(shè)備本身就是機(jī)電一體化產(chǎn)品，現(xiàn)場(chǎng)總線和局域網(wǎng)技術(shù)使家用電器網(wǎng)絡(luò)化成為可能，利用家庭網(wǎng)絡(luò)把各種家用電器連接成以計(jì)算機(jī)為中心的計(jì)算機(jī)集成家用電器系統(tǒng)，使人們?cè)诩依锟沙浞窒硎芨鞣N高技術(shù)帶來(lái)的好處，因此，機(jī)電一體化產(chǎn)品無(wú)疑應(yīng)朝網(wǎng)絡(luò)化 方向發(fā)展。 性化 機(jī)電一體化產(chǎn)品的最終使用對(duì)象是人，如何給機(jī)電一體化產(chǎn)品賦予人的智能、情感和人性顯得愈來(lái)愈重要，機(jī)電一體化產(chǎn)品除了完善的性能外，還要求在外文翻譯資料 2 色彩、造型等方面與環(huán)境相協(xié)調(diào)，使用這些產(chǎn)品，對(duì)人來(lái)說(shuō)還是一種享受，如家用機(jī)器人的最高境界就是人機(jī)一體化。 型化 微型化是精細(xì)加工技術(shù)發(fā)展的必然，也是提高效率的需要。微機(jī)電系統(tǒng)(稱(chēng) 指可批量制作的，集微型機(jī)構(gòu)、微型傳感器、微型執(zhí)行器以及信號(hào)處理和控制 電路，直至接口、通信和電源等于一體的微型器件或系統(tǒng)。自 1986 年美國(guó)斯坦福大學(xué)研制出第一個(gè)醫(yī)用微探針， 1988 年美國(guó)加州大學(xué) 校研制出第一個(gè)微電機(jī)以來(lái)，國(guó)內(nèi)外在藝、材料以及微觀機(jī)理方面取得了很大進(jìn)展，開(kāi)發(fā)出各種 件和系統(tǒng)，如各種微型傳感器（壓力傳感器、微加速度計(jì)、微觸覺(jué)傳感器），各種微構(gòu)件（微膜、微粱、微探針、微連桿、微齒輪、微軸承、微泵、微彈簧以及微機(jī)器人等）。 成化 集成化既包含各種技術(shù)的相互滲透、相互融合和各種產(chǎn)品不同結(jié)構(gòu)的優(yōu)化與復(fù)合，又包含在生產(chǎn)過(guò)程 中同時(shí)處理加工、裝配、檢測(cè)、管理等多種工序。為了實(shí)現(xiàn)多品種、小批量生產(chǎn)的自動(dòng)化與高效率，應(yīng)使系統(tǒng)具有更廣泛的柔性。首先可將系統(tǒng)分解為若干層次，使系統(tǒng)功能分散，并使各部分協(xié)調(diào)而又安全地運(yùn)轉(zhuǎn)，然后再通過(guò)軟、硬件將各個(gè)層次有機(jī)地聯(lián)系起來(lái)，使其性能最優(yōu)、功能最強(qiáng)。 源化 是指機(jī)電一體化產(chǎn)品自身帶有能源，如太陽(yáng)能電池、燃料電池和大容量電池。由于在許多場(chǎng)合無(wú)法使用電能，因而對(duì)于運(yùn)動(dòng)的機(jī)電一體化產(chǎn)品，自帶動(dòng)力源具有獨(dú)特的好處。帶源化是機(jī)電一體化產(chǎn)品的發(fā)展方向之一。 色化 技術(shù)的發(fā)展給人們的生活 帶來(lái)巨大變化，在物質(zhì)豐富的同時(shí)也帶來(lái)資源減少、生態(tài)環(huán)境惡化的后果。所以，人們呼喚保護(hù)環(huán)境，回歸，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，綠色產(chǎn)品概念在這種呼聲中應(yīng)運(yùn)而生。綠色產(chǎn)品是指低能耗、低材耗、低污染、舒適、協(xié)調(diào)而可再生利用的產(chǎn)品。在其設(shè)計(jì)、制造、使用和銷(xiāo)毀時(shí)應(yīng)符合環(huán)保和人類(lèi)健康的要求，機(jī)電一體化產(chǎn)品的綠色化主要是指在其使用時(shí)不污染生態(tài)環(huán)境，產(chǎn)品壽命結(jié)束時(shí)，產(chǎn)品可分解和再生利用。 2 機(jī)電一體化技術(shù)在鋼鐵中應(yīng)用 在鋼鐵企業(yè)中，機(jī)電一體化系統(tǒng)是以微處理機(jī)為核心，把微機(jī)、工控機(jī)、數(shù)外文翻譯資料 3 據(jù)通訊、顯示裝置、儀表等技術(shù)有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，采用組裝合并方式，為實(shí)現(xiàn)工程大系統(tǒng)的綜合一體化創(chuàng)造有力條件，增強(qiáng)系統(tǒng)控制精度、質(zhì)量和可靠性。機(jī)電一體化技術(shù)在鋼鐵企業(yè)中主要應(yīng)用于以下幾個(gè)方面： 能化控制技術(shù) (由于鋼鐵具有大型化、高速化和連續(xù)化的特點(diǎn)，傳統(tǒng)的控制技術(shù)遇到了難以克服的困難，因此非常有必要采用智能控制技術(shù)。智能控制技術(shù)主要包括專(zhuān)家系統(tǒng)、模糊控制和神經(jīng)等，智能控制技術(shù)廣泛于鋼鐵的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、控制、設(shè)備與產(chǎn)品質(zhì)量 診斷等各個(gè)方面，如高爐控制系統(tǒng)、電爐和連鑄車(chē)間、軋鋼系統(tǒng)、煉鋼 ——— 連鑄 ——— 軋鋼綜合調(diào)度系統(tǒng)、冷連軋等。 布式控制系統(tǒng) (Ｄ 分布式控制系統(tǒng)采用一臺(tái)中央機(jī)指揮若干臺(tái)面向控制的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控計(jì)算機(jī)和智能控制單元。分布式控制系統(tǒng)可以是兩級(jí)的、三級(jí)的或更多級(jí)的。利用計(jì)算機(jī)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行集中監(jiān)視、操作、管理和分散控制。隨著測(cè)控技術(shù)的，分布式控制系統(tǒng)的功能越來(lái)越多。不僅可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程控制，而且還可以實(shí)現(xiàn)在線最優(yōu)化、生產(chǎn)過(guò)程實(shí)時(shí)調(diào)度、生產(chǎn)計(jì)劃統(tǒng)計(jì)管理功能，成為一種測(cè)、控、管一體化的綜合系統(tǒng)。Ｄ 有特 點(diǎn)控制功能多樣化、操作簡(jiǎn)便、系統(tǒng)可以擴(kuò)展、維護(hù)方便、可靠性高等特點(diǎn)。Ｄ 監(jiān)視集中控制分散，故障面小，而且系統(tǒng)具有連鎖保護(hù)功能，采用了系統(tǒng)故障人工手動(dòng)控制操作措施，使系統(tǒng)可靠性高。分布式控制系統(tǒng)與集中型控制系統(tǒng)相比，其功能更強(qiáng)，具有更高的安全性。是當(dāng)前大型機(jī)電一體化系統(tǒng)的主要潮流。 放式控制系統(tǒng) (開(kāi)放控制系統(tǒng) (計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展所引出的新的結(jié)構(gòu)體系概念?！伴_(kāi)放”意味著對(duì)一種標(biāo)準(zhǔn)的信息交換規(guī)程的共識(shí)和支持，按此標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)不同廠家 產(chǎn)品的兼容和互換，且資源共享。開(kāi)放控制系統(tǒng)通過(guò)工業(yè)通信網(wǎng)絡(luò)使各種控制設(shè)備、管理計(jì)算機(jī)互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)控制與經(jīng)營(yíng)、管理、決策的集成，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線使現(xiàn)場(chǎng)儀表與控制室的控制設(shè)備互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)測(cè)量與控制一體化。 算機(jī)集成制造系統(tǒng) (鋼鐵企業(yè)的 將人與生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)、生產(chǎn)管理以及過(guò)程控制連成一體，用以實(shí)現(xiàn)從原料進(jìn)廠，生產(chǎn)加工到產(chǎn)品發(fā)貨的整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程全局和過(guò)程一體化控外文翻譯資料 4 制。目前鋼鐵企業(yè)已基本實(shí)現(xiàn)了過(guò)程自動(dòng)化，但這種“自動(dòng)化孤島”式的單機(jī)自動(dòng)化缺乏信息資源的共享和生產(chǎn)過(guò)程的統(tǒng)一管理，難以適應(yīng)鋼鐵生產(chǎn)的要求。 未來(lái)鋼鐵企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)是多品種、小批量生產(chǎn)，質(zhì)優(yōu)價(jià)廉，及時(shí)交貨。為了提高生產(chǎn)率、節(jié)能降耗、減少人員及現(xiàn)有庫(kù)存，加速資金周轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)、管理整體優(yōu)化，關(guān)鍵就是加強(qiáng)管理，獲取必須的效益，提高了企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。美國(guó)、日本等一些大型鋼鐵企業(yè)在 20 世紀(jì) 80 年代已廣泛實(shí)現(xiàn) 。 場(chǎng)總線技術(shù) (Ｆ 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù) (Ｆ 連接設(shè)置在現(xiàn)場(chǎng)的儀表與設(shè)置在控制室內(nèi)的控制設(shè)備之間的數(shù)字式、雙向、多站通信鏈路。采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)取代現(xiàn)行的信號(hào)傳輸技術(shù) (如 4～ 20 C 直 流傳輸 )就能使更多的信息在智能化現(xiàn)場(chǎng)儀表裝置與更高一級(jí)的控制系統(tǒng)之間在共同的通信媒體上進(jìn)行雙向傳送。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線連接可省去 66%或更多的現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)連接導(dǎo)線?，F(xiàn)場(chǎng)總線的引入導(dǎo)致Ｄ變革和新一代圍繞開(kāi)放自動(dòng)化系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)總線化儀表，如智能變送器、智能執(zhí)行器、現(xiàn)場(chǎng)總線化檢測(cè)儀表、現(xiàn)場(chǎng)總線化 現(xiàn)場(chǎng)就地控制站等的發(fā)展。 流傳動(dòng)技術(shù) 傳動(dòng)技術(shù)在鋼鐵工業(yè)中起作至關(guān)重要的作用。隨著電力技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展，交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展非常迅速。由于 交流傳動(dòng)的優(yōu)越性，電氣傳動(dòng)技術(shù)在不久的將來(lái)由交流傳動(dòng)全面取代直流傳動(dòng)，數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，使復(fù)雜的矢量控制技術(shù)實(shí)用化得以實(shí)現(xiàn)，交流調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)速性能已達(dá)到和超過(guò)直流調(diào)速水平。現(xiàn)在無(wú)論大容量電機(jī)或中小容量電機(jī)都可以使用同步電機(jī)或異步電機(jī)實(shí)現(xiàn)可逆平滑調(diào)速。交流傳動(dòng)系統(tǒng)在軋鋼生產(chǎn)中一出現(xiàn)就受到用戶(hù)的歡迎，應(yīng)用不斷擴(kuò)大。 外文資料翻譯 1 n is on of of of a of a of of as NC of as of a of it is to in NC / O of as of up a As of of a is a If is to of 文資料翻譯 2 as in we As of of is of to AN a to a as of so in be of of be no 1.5 of is to of is in to it so on of or a to as is of 1.6 is a in to to be by is of or 986 1988 at at of as . 外文資料翻譯 3 a of of of in at In to of a be to of at be to 1.8 to as As on be to a of of in s in at of of in of is of In of be in of is to of is at of of 2 in of in In of at of as by of a 文資料翻譯 4 in in in As a of it is to in as a of a be or to on of be of be as a of be is of is to a of Is of 外文資料翻譯 5 is of by "a of in be of so to to to is be to of to of of of of of is of of of In to of is to to of of in 980s is in of in to 0 C 外文資料翻譯 6 it in in on be 6% or to of CS of as C in a of C C to of in C C of to AC C or be to or AC in of as a to 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書(shū) 系 部： 專(zhuān) 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué) 號(hào)： 姓 名： 指導(dǎo)教師： 職 稱(chēng)： 副教授 2013 年 12 月 10 日 （ 1）題頭（ ：小一號(hào)、仿宋 _中 （ 2）標(biāo)題（畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書(shū)）：小 初號(hào)、仿宋 _中 （ 3） 系部 （三號(hào)、仿宋 _內(nèi)容：（四號(hào)字、黑體、居中） （ 4）專(zhuān)業(yè)（三號(hào)、仿宋 _內(nèi)容：（四號(hào)字、黑體、居中） （ 5）學(xué)號(hào)（三號(hào)、仿宋 _內(nèi)容：（四號(hào)字、黑體、居中） （ 6）姓名（三號(hào)、仿宋 _內(nèi)容：（四號(hào)字、黑體、居中） （ 7）指導(dǎo)教師（三號(hào)、仿宋 _內(nèi)容：（四號(hào)字、黑體、居中） （ 8）職稱(chēng)（三號(hào)、仿宋 _內(nèi)容：（四號(hào)字、黑體、居中） （ 9） 時(shí)間 (三號(hào)、仿宋 _中 ) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目： 基于 螺桿壓縮機(jī)的設(shè)計(jì) 在相應(yīng)的選項(xiàng)上打勾）□縱向課題□已簽約的橫向課題□未簽約的橫向課題□實(shí)驗(yàn)室建設(shè)課題□模擬性課題□學(xué)生自選人文課題 在相應(yīng)的選項(xiàng)上打勾）□工程設(shè)計(jì)（實(shí)踐）□理論研究□實(shí)驗(yàn)研究□計(jì)算機(jī)軟件設(shè)計(jì)□綜合 一、 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）內(nèi)容及要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、達(dá)到的指標(biāo)和應(yīng)做的實(shí)驗(yàn)等 ） 根據(jù) 螺桿壓縮機(jī)的 工作原理， 完成一雙螺桿壓縮機(jī)的 設(shè)計(jì)， 并對(duì)其設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行三維建模 及運(yùn)動(dòng)仿真 。 1 提供條件： 螺桿壓縮機(jī) 工況參數(shù)； 2 設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求： (1) 調(diào)研 、 收集 、 分析有關(guān)資料，總結(jié) 螺桿壓縮機(jī)工作過(guò)程 和 結(jié) 構(gòu)特點(diǎn)； (2) 確定 螺桿壓縮機(jī)的 總體 設(shè)計(jì)方案 ； (3) 完成螺桿壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子型線設(shè)計(jì)、幾何特性分析、熱力性能分析、轉(zhuǎn)子受力計(jì)算等； (4) 螺桿壓縮機(jī) 三維建模 及仿真 。 二、 完成后應(yīng)交的作業(yè)（包括各種說(shuō)明書(shū)、圖紙等） 1. 畢業(yè)設(shè)計(jì)論文一份 （ 不少于 ； 2. 外文譯文一篇（不少于 5000英文單詞）； 3. 裝配圖一份。 三、 完成日期及進(jìn)度 2014年 3月 3日至 2014年 6月 13日。 進(jìn)度安排： 1. 查閱資料、調(diào)研，完成開(kāi)題報(bào)告； 2. 桿壓縮機(jī)的 總體方案設(shè)計(jì)； 3. 桿壓縮機(jī)的 設(shè)計(jì) (包括轉(zhuǎn)子型線設(shè)計(jì)、幾何特 性分析、熱力性能分析、轉(zhuǎn)子受力計(jì)算等 )； 4. 桿壓縮機(jī) 三維建模與仿真； 5. 總結(jié)整理 、 撰寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文； 6. 畢業(yè)答辯。 四、 主要參考資料（包括書(shū)刊名稱(chēng)、出版年月等） : 1. 邢子文 . 螺桿壓縮機(jī)理論設(shè)計(jì)及應(yīng)用 . 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，. 郭仁生 . 機(jī)械工程設(shè)計(jì)分析和 用 . 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， . 周金萍 . 實(shí)踐與提高 . 北京： 中國(guó)電力出版社 ， . 鄭建榮 . 北京： 機(jī)械工業(yè)出版社 ， . 孫桓 . 機(jī)械原理 . 北京： 高等教育出版社 ， 6. 徐應(yīng) . 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) . 北京： 機(jī)械工業(yè)出版社 ， 2000 7. 張學(xué)軍 . 北京：國(guó)防工業(yè)出版社， . 張繼春，楊建國(guó) . 裝配設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)仿真及 實(shí)現(xiàn) . 北京：國(guó)防工業(yè)出版社， . 孫靖民 . 機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì) . 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， (教研室 )主任： （簽章） 年 月 日 學(xué)院主管（系）領(lǐng)導(dǎo)： （簽章） 年 月 日 I 摘 要 本文闡述了一小型螺桿壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)過(guò)程。簡(jiǎn)述了螺桿壓縮機(jī)的基本結(jié)構(gòu)、工作過(guò)程、主要特點(diǎn)和分類(lèi)。分析了型線的設(shè)計(jì)過(guò)程，轉(zhuǎn)子的幾何特性和熱力性能的計(jì)算方法。 本文在分析型線設(shè)計(jì)過(guò)程，幾何特性和熱力性能計(jì)算方法的基礎(chǔ)上 ,選取單邊不對(duì)稱(chēng)擺線 用 工具，進(jìn)行分析計(jì)算，得到型線方程和型線草圖，并且完成了幾何性能計(jì)算和熱力性能計(jì)算。在完成轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行受力分析，運(yùn)用各種分析軟件選取軸承等零件。在完成計(jì)算工作和零件選取后，應(yīng)用 立了螺桿壓縮機(jī)各個(gè)零件的三維模型，并進(jìn)行裝配，完成螺桿壓縮機(jī)的三維造型。應(yīng)用 從 樣能夠形象直觀的說(shuō)明問(wèn)題。 關(guān)鍵詞 ：螺桿壓縮機(jī) ，三維建模， 動(dòng)仿真 of a of of of of on of of of of of On of a of of of to of of 錄 第一章 緒論 基本結(jié)構(gòu) 工作過(guò)程 螺桿壓縮機(jī)特點(diǎn) 螺桿壓縮機(jī)分類(lèi) 要工作 二章 轉(zhuǎn)子型線設(shè)計(jì) 坐標(biāo)系建立和坐標(biāo)變換 齒曲線及其共軛曲線 共軛曲線和嚙合線方程 銷(xiāo)齒圓弧型線的設(shè)計(jì) 三章 幾何特性計(jì)算 螺旋齒面方程 轉(zhuǎn)子幾何參數(shù)間的基本關(guān)系 螺旋齒面的法線 相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度 嚙合條件 V 齒間面積 面積利用系數(shù) 齒間容積 內(nèi)容積比 四章 熱力性能計(jì)算 內(nèi)壓力比 壓力分布圖 理論容積流量 容積效率 實(shí)際容積流量 五章 轉(zhuǎn)子受力分析 端面軸向力 氣體軸向力 六章 三維造型和選擇軸承 轉(zhuǎn)子造型 機(jī)體和端蓋造型 選擇圓柱滾子軸承 選擇角接觸球 軸承 七章 運(yùn)動(dòng)仿真 型導(dǎo)入 論 謝 考文獻(xiàn) 第一章 概述 基本結(jié)構(gòu)和工作過(guò)程 基本結(jié)構(gòu) 通常所稱(chēng)的螺桿壓縮機(jī)即指雙螺桿壓縮機(jī)。與其他類(lèi)型的壓縮機(jī)相比，螺桿壓縮機(jī)是一種比較新穎的壓縮機(jī)。 螺桿壓縮機(jī)的基本結(jié)構(gòu)如圖 1示。在壓縮機(jī)的機(jī)體中平行的放置著有一堆相互嚙合的螺旋形轉(zhuǎn)子。通常把節(jié)圓外具有凸齒的轉(zhuǎn)子，稱(chēng)為陽(yáng)轉(zhuǎn)子；把節(jié)圓外具有凹齒的，稱(chēng)為陰轉(zhuǎn)子。一般陽(yáng)轉(zhuǎn)子與原動(dòng)機(jī)連接，因此，陽(yáng)轉(zhuǎn)子又稱(chēng) 主動(dòng)轉(zhuǎn)子，陰轉(zhuǎn)子又稱(chēng)從動(dòng)轉(zhuǎn)子。在壓縮機(jī)機(jī)體的兩端，分別開(kāi)設(shè)一個(gè)供吸氣用的稱(chēng)為吸氣孔口，另一個(gè)供排氣用的稱(chēng)為排氣孔口。 圖 1螺桿壓縮機(jī)基本結(jié)構(gòu) 工作過(guò)程 螺桿壓縮機(jī)的工作循環(huán)可分為吸氣、壓縮和排氣三個(gè)過(guò)程。隨著轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，每對(duì)相互嚙合的齒相繼完成相同的工作循環(huán)。圖 1示了三個(gè)過(guò)程。 吸氣過(guò)程 吸氣過(guò)程結(jié)束壓縮過(guò)程開(kāi)始 壓縮過(guò)程中 排氣過(guò)程 圖 1螺桿壓縮機(jī)工作過(guò)程圖 2 螺桿壓縮機(jī)特點(diǎn)及分類(lèi) 螺桿壓縮機(jī)特點(diǎn) 就氣體壓力 提高的原理而言，螺桿壓縮機(jī)與活塞壓縮機(jī)相似，都屬于容積式壓縮機(jī)。就主要部件的運(yùn)動(dòng)形式而言，又與透平壓縮機(jī)相似。所以，螺桿壓縮機(jī)同時(shí)兼有上述兩類(lèi)壓縮機(jī)的特點(diǎn)。 螺桿壓縮機(jī)的優(yōu)點(diǎn)： （ 1）可靠性高。螺桿壓縮機(jī)零部件少，沒(méi)有易損件，因而它的運(yùn)轉(zhuǎn)可靠。 （ 2） 操作維護(hù)方便。操作人員不必經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的專(zhuān)業(yè)培訓(xùn)，可實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守運(yùn)轉(zhuǎn)。 （ 3）動(dòng)力平衡性好。螺桿壓縮機(jī)沒(méi)有不平衡慣性力，機(jī)器可平穩(wěn)的工作，可實(shí)現(xiàn)無(wú)基礎(chǔ)運(yùn)轉(zhuǎn)，特別適合用作移動(dòng)式壓縮機(jī)，體積小、重量輕、占地面積少。 （ 4）適應(yīng)性強(qiáng)。螺桿壓縮機(jī)具有強(qiáng)制輸氣的特點(diǎn)，排 氣量幾乎不受排氣壓力的影響，在寬廣的范圍內(nèi)能保護(hù)較高的效率。 （ 5）多相混輸。螺桿壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子齒面間實(shí)際上留有間隙，因而能耐液體沖擊，可壓送含液氣體、含粉塵氣體、易聚合氣體等。 螺桿壓縮機(jī)的主要缺點(diǎn)： （ 1）造價(jià)高。螺桿壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子齒面是空間曲面，需利用特制的刀具，在價(jià)格昂貴的專(zhuān)用設(shè)備上進(jìn)行加工。另外，對(duì)螺桿壓縮機(jī)氣缸的加工精度也有較高的要求。所以，螺桿壓縮機(jī)的造價(jià)較高。 （ 2）不能用于高壓場(chǎng)合。由于受到轉(zhuǎn)子剛度和軸承壽命等方面的限制，螺桿壓縮機(jī)只能適用于中、低壓范圍，排氣壓力一般不能超多 （ 3）不能制成微型。螺桿壓縮機(jī)依靠間隙密封氣體，目前一般只有容積流量大于 ，螺桿壓縮機(jī)才具有優(yōu)越的性能。 [1] 螺桿壓縮機(jī)分類(lèi) 螺桿壓縮機(jī)有多種分類(lèi)方法：按運(yùn)行方式的不同，分為無(wú)油壓縮機(jī)和噴油壓縮機(jī)兩類(lèi)；按被壓縮氣體種類(lèi)和用途的不同，分為空氣壓縮機(jī)、制冷壓縮機(jī)和工藝壓縮機(jī)三種；按結(jié)構(gòu)形式的不同，分為移動(dòng)式和固定式、開(kāi)啟式和封閉式等。常見(jiàn)的壓縮機(jī)分類(lèi)如下 3 螺桿壓縮機(jī) 發(fā)展歷程 20世紀(jì) 30年代，瑞典工程師 對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)行研究時(shí)，希望找到一種作回轉(zhuǎn) 運(yùn)動(dòng)的壓縮機(jī)，要求其轉(zhuǎn)速比活塞壓縮機(jī)高的多，以便可由燃?xì)廨啓C(jī)直接驅(qū)動(dòng)，并且不會(huì)發(fā)生喘振。為了達(dá)到上述目標(biāo)，他發(fā)明了螺桿壓縮機(jī)。在理論上，螺桿壓縮機(jī)具有他所需要的那些特點(diǎn)，但由于必須具有非常大的容積流量，才能滿(mǎn)足燃?xì)廨啓C(jī)工作的要求，所以螺桿壓縮機(jī)并沒(méi)有在此領(lǐng)域獲得應(yīng)用。盡管如此， 螺桿壓縮機(jī)在其他領(lǐng)域的應(yīng)用，繼續(xù)進(jìn)行了深入的研究。 1937年， 司研制成功了兩類(lèi)螺桿壓縮機(jī)試驗(yàn)樣機(jī)，并取得了令人滿(mǎn)意的測(cè)試結(jié)果。 1946年，位于蘇格蘭的 英國(guó) 司，第一次從瑞典 后，歐洲、美國(guó)和日本的多家公司也陸續(xù)從瑞典 事螺桿壓縮機(jī)的生產(chǎn)和銷(xiāo)售。 最先發(fā)展起來(lái)的螺桿壓縮機(jī)是無(wú)油螺桿壓縮機(jī)， 1957年噴油螺桿空氣壓縮機(jī)投入了應(yīng)用， 1961 年又研制成功了噴油螺桿制冷壓縮機(jī)和螺桿工藝壓縮機(jī)。經(jīng)過(guò)持續(xù)的基礎(chǔ)理論研究和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)試驗(yàn)，通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)子型線的不斷改進(jìn)和專(zhuān)用轉(zhuǎn)子加工設(shè)備的開(kāi)發(fā)成功，螺桿壓縮機(jī)的優(yōu)越性能得到了不斷地發(fā)揮。 近 15年來(lái)螺桿在我國(guó)空壓機(jī)、冷凍機(jī)、工業(yè)泵、塑料機(jī)械 中應(yīng)用越來(lái)越廣泛。制造設(shè)備開(kāi)始引進(jìn)英國(guó) 司的 25旋轉(zhuǎn)子銑床及其配套設(shè)備 (總數(shù)十余臺(tái) )， 90年代以來(lái)國(guó)產(chǎn)螺桿銑床及其配套設(shè)備開(kāi)始供應(yīng)用戶(hù)。但我國(guó)螺桿空氣壓縮機(jī)、冷凍壓縮機(jī)、泵、塑料機(jī)械不但在設(shè)計(jì)技術(shù)上與國(guó)際先進(jìn)水平有差距，在制造技術(shù)上更加落后，嚴(yán)重制約了我國(guó)這四大類(lèi)機(jī)械產(chǎn)品在國(guó)際和國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力。4 為此應(yīng)該對(duì)我國(guó)螺桿制造技術(shù)的現(xiàn)狀和水平有一個(gè)清醒的認(rèn)識(shí)，盡快追蹤國(guó)際先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，使我國(guó)螺桿制造技術(shù)和產(chǎn)品質(zhì)量早日達(dá)到國(guó)際發(fā)達(dá)國(guó)家水平。 [1] 論文主要工作 根據(jù)要求 ，設(shè)計(jì)一個(gè)雙螺桿壓縮機(jī)，對(duì)于本設(shè)計(jì)要做以下幾個(gè)方面的研究： （ 1） 了解螺桿壓縮機(jī)的工作過(guò)程和具體結(jié)構(gòu)； （ 2） 完成螺桿壓縮機(jī)方案設(shè)計(jì)； （ 3） 設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)子型線； （ 4） 計(jì)算幾何特性； （ 5） 計(jì)算熱力性能； （ 6） 計(jì)算轉(zhuǎn)子受力； （ 7） 完成壓縮機(jī)建模，仿真。 5 第二章 轉(zhuǎn)子型線的設(shè)計(jì) 轉(zhuǎn)子型線發(fā)展過(guò)程 螺桿轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)中，最重要的是設(shè)計(jì)型線，因?yàn)檗D(zhuǎn)子型線基本決定了螺桿壓縮機(jī)的性能好壞?？蓪⒙輻U壓縮機(jī)中的型線分為對(duì)稱(chēng)型線和不對(duì)稱(chēng)型線，以及單邊型線和雙邊型線。齒頂中心線兩邊的型線完成相同時(shí)，稱(chēng)為對(duì)稱(chēng)型線。反之，齒頂中心線 兩邊的型線不同時(shí)，稱(chēng)為不對(duì)稱(chēng)型線。只在轉(zhuǎn)子節(jié)圓的內(nèi)部或外部一邊具有型線，稱(chēng)為單邊型線。節(jié)圓的內(nèi)、外均具有型線，稱(chēng)為雙邊型線。 螺桿壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子型線大致經(jīng)歷了三代變遷： (1)對(duì)稱(chēng)圓弧型線 第一代轉(zhuǎn)子型線是對(duì)稱(chēng)圓弧型線，應(yīng)用于初期的螺桿壓縮機(jī)產(chǎn)品。由于對(duì)稱(chēng)型線易于設(shè)計(jì)、制造和測(cè)量，這類(lèi)型線直到現(xiàn)在還被很多干式螺桿壓縮機(jī)制造商廣泛采用。 (2)不對(duì)稱(chēng)型線 第二代轉(zhuǎn)子型線是以點(diǎn)、直線和擺線等組成齒曲線為代表的不對(duì)稱(chēng)型線。 60 年代后，隨著噴油技術(shù)的發(fā)展，發(fā)展了以 線為代表的第二代轉(zhuǎn)子型線。 對(duì)稱(chēng)型線與不對(duì) 稱(chēng)型線的主要區(qū)別，在于采用不對(duì)稱(chēng)型線時(shí)，泄露三角形的面積大為減小。一半不對(duì)稱(chēng)型線的泄露三角形面積僅是對(duì)稱(chēng)型線的十分之一左右。因此，采用不對(duì)稱(chēng)型線，可以使噴油螺桿壓縮機(jī)的性能得到明顯改善。 (3)新的不對(duì)稱(chēng)型線 80 年代后，隨著計(jì)算機(jī)在螺桿壓縮機(jī)領(lǐng)域的應(yīng)用，出現(xiàn)了各具特色的多種第三代轉(zhuǎn)子型線。性能優(yōu)越的只要有 線，日立型線和 線。第二、第三代的型線都是不對(duì)稱(chēng)型線，兩者之間的主要區(qū)別在于：第三代轉(zhuǎn)子型線的組成齒曲線中不再有點(diǎn)、直線和擺線，均采用圓弧、橢圓、拋物線等曲線。這種改變可使轉(zhuǎn)子齒面由“線 ”密封改進(jìn)為“帶”密封，能明顯提高密封效果，還有利于形成潤(rùn)滑油膜和減少齒面磨損。 6 型線方程和嚙合線方程 坐標(biāo)系建立及坐標(biāo)變換 (1)坐標(biāo)系建立 為了用數(shù)學(xué)方程描述螺桿轉(zhuǎn)子型線中各段組成齒曲線，建立如圖 2示的四個(gè)坐標(biāo)系： ○ 1 固結(jié)在陽(yáng)轉(zhuǎn)子的動(dòng)坐標(biāo)系 ○ 2 固結(jié)在陰轉(zhuǎn)子的動(dòng)坐標(biāo)系 ○ 3 陽(yáng)轉(zhuǎn)子的靜坐標(biāo)系 ○ 4 陰轉(zhuǎn)子的靜坐 標(biāo)系 X 1X 2Y 2Y 1x 1x 2y 1y 2ω 1ω 2圖 2標(biāo)系關(guān)系圖 由于螺桿壓縮機(jī)的陰、陽(yáng)轉(zhuǎn)子之間是定傳動(dòng)比嚙合，固有 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 （ 2 而 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 式中 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 、 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 —— 陰、陽(yáng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角； 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 、 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 —— 陰、陽(yáng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速； 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 、 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 —— 陰、陽(yáng)轉(zhuǎn)子角速度； 7 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 —— 陰、陽(yáng)轉(zhuǎn)子節(jié)圓半徑； 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 —— 陰、陽(yáng)轉(zhuǎn)子齒數(shù)； i—— 傳動(dòng)比； A—— 陰、陽(yáng)轉(zhuǎn)子中心距。 (2)坐標(biāo)變換 螺桿壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子型線上的每一點(diǎn)，都可表示在上述四個(gè)坐標(biāo)中，這些坐標(biāo)系之間的變換關(guān)系式如下： ○ 1 動(dòng)坐標(biāo)系 1錯(cuò)誤 !未找到引用源。 （ 2 或 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ○ 2 動(dòng)坐標(biāo)系 2錯(cuò)誤 !未找到引用源。 （ 2 或 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ○ 3 靜坐標(biāo)系 2錯(cuò)誤 !未找到引用源。 （ 2 ○ 4 動(dòng)坐標(biāo)系 2錯(cuò)誤 !未找到引用源。 （ 2 ○ 5 動(dòng)坐標(biāo)系 1錯(cuò)誤 !未找到引用源。 （ 2 齒曲線及其共軛曲線 (1)齒曲線方程及其參數(shù)變化范圍 螺桿壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子型線通常由多段組成齒曲線相連接而成。若假設(shè)在陰轉(zhuǎn)子上給定了某段組成齒曲線 1為 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 （ 2 求其共軛曲線 時(shí)，應(yīng)將曲線 1的方程（ 2入動(dòng)坐標(biāo)變換式（ 2得到曲8 線簇方程為 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 （ 2 經(jīng)過(guò)推演，可得到其包絡(luò)條件為 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 （ 2 同樣，若假定陽(yáng)轉(zhuǎn)子上某段齒曲線 2 為 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 （ 2 求其共軛曲線時(shí)，應(yīng)將曲線 2 的方程（ 2入動(dòng)坐標(biāo)變換式（ 2得到曲線簇方程為 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 （ 2 其包絡(luò)條件為 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 （ 2 (2)求共軛曲線方程 若已在陰轉(zhuǎn)子上給定了某段組成齒曲線 1為 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 （ 2 則其共軛曲線方程，可用方程（ 2補(bǔ)充條件聯(lián)立表示，即 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 （ 2 同樣，若已在陽(yáng)轉(zhuǎn)子上給定了某段組成齒曲線 2為 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 （ 2 則若共軛曲線方程，可用方程（ 2補(bǔ)充條件聯(lián)立表示，即 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 （ 2 共軛曲線的嚙合線方程 如前所述，嚙合線是陰、陽(yáng)轉(zhuǎn)子共軛曲線的嚙合點(diǎn)軌跡，故應(yīng)該表示在靜坐標(biāo)系中。將共軛曲線中的任一條曲線方程，通過(guò)坐標(biāo)變換式（ 2變換到靜坐標(biāo)系 這仍為一曲線簇，它的包絡(luò)條件，即 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 之間的關(guān)系 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ，就 是前面求共軛曲線時(shí)的補(bǔ)充條件。 所以，共軛曲線的嚙合線方程一般可表示為 9 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 （ 2 單邊不對(duì)稱(chēng)擺線 單邊不對(duì)稱(chēng)擺線 組成齒曲線和相應(yīng)的嚙合線列于表 2 表 2邊不對(duì)稱(chēng)擺線 下面是單邊不對(duì)稱(chēng)型線 合線方程及相應(yīng)的參數(shù)變化范圍的推導(dǎo)過(guò)程。 α 1α 2β 1β 3β 2θ 1x 1y 2 y 1O 2 O 1ω 2 ω 1圖 2單邊不對(duì)稱(chēng)擺線 （ 1） H 陰轉(zhuǎn)子齒曲線 陰轉(zhuǎn)子曲線性質(zhì) 陽(yáng)轉(zhuǎn)子齒曲線 陽(yáng)轉(zhuǎn)子曲線性質(zhì) 線 線 弧 弧 線 I 點(diǎn) D 點(diǎn) 線 線 線 弧 弧 10 ○ 1 陰轉(zhuǎn)子上的 寫(xiě)出其方程為 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 （ 2 參數(shù) 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 的變化范圍為 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 （ 2 由直角三角形 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 （ 2 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 (2 即 錯(cuò)誤 ! 未 找 到 引 用 源 。 （ 2 式中 R—— 齒高半徑，區(qū)中心距 A 的 25%。 ○ 2 程 陽(yáng)轉(zhuǎn)子上的 陰轉(zhuǎn)子上徑向直線 共軛曲線，將 方程（ 2入坐標(biāo)變換式（ 2得曲線簇方程為 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 （ 2 故有 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 將上述諸式代入包絡(luò)條件時(shí)（ 2得位置參數(shù)與曲線參數(shù)的關(guān)系為 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 （ 2 聯(lián)立式（ 2式（ 2即得到 參數(shù)變化范圍仍由式（ 2定。分析式（ 2特征，發(fā)現(xiàn) ○ 3 嚙合線方程 過(guò)把 2入坐標(biāo)變換式（ 2并與包絡(luò)條件式（ 2立，得 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 （ 2 其參數(shù)變化范圍仍由式（ 2確定。 （ 2） I ○ 1 陰轉(zhuǎn)子上的曲線 p、半徑為 方程 為 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 （ 2 參數(shù) 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 （ 2 11 由直角三角形 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 式中 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 為保護(hù)角，設(shè) 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 。 ○ 2 程 眼轉(zhuǎn)子上的曲線 轉(zhuǎn)子上銷(xiāo)齒圓弧 共軛曲線，將 方程（ 2入坐標(biāo)變換式（ 2得曲線簇方程為 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 （ 2 故有 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 錯(cuò)誤 !未找到引用源 。 將上述諸式帶入包絡(luò)條件式（ 2的包絡(luò)條件為 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 即 錯(cuò)誤 ! 未 找 到 引 用 源 。 （ 2 誤 !未找到引用源。 的位置 嚙合，而且是整條曲線同時(shí)嚙合。把式（ 2入式（ 2得到簡(jiǎn)化后的 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 （ 2 其參數(shù)變化范圍仍由式（ 2定。 分析方程（ 2發(fā)現(xiàn)其仍為一半徑為 且圓心也在節(jié)點(diǎn) p。 ○ 3 嚙合線方程 把 （ 2帶入坐標(biāo)變換式（ 2并與包絡(luò)條件（ 2立，得到嚙合線方程為 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 （ 2 其參數(shù)變化范圍仍由式（ 2定。是（ 2明，銷(xiāo)齒圓弧的嚙合線是與銷(xiāo)齒圓弧一樣的圓弧。 (3） D ○ 1 陽(yáng)轉(zhuǎn)子上的 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 （ 2 由三角形 12 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ○ 2 程 陰轉(zhuǎn)子上的 線是與陽(yáng)轉(zhuǎn)子上 I 點(diǎn)共軛的曲線，將 I 點(diǎn)的方程（ 2入坐標(biāo)變換式（ 2 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 （ 2 上述方程中只有一個(gè)參數(shù) 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ，而且可以看出是一個(gè)擺線方程，且自然滿(mǎn)足包絡(luò)條件，其參數(shù)變化范圍為 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 （ 2 陰轉(zhuǎn)子 線上任一點(diǎn)距陰轉(zhuǎn)子中心 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 （ 2 將式（ 2入（ 2整理后得 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 即 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 （ 2 故 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 （ 2 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 （ 2 其中 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 （ 2 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 式中 e=1%A。 ○ 3 嚙合線方程 將 I 點(diǎn)方程（ 2入坐標(biāo)變換式（ 2并且包絡(luò)條件自然滿(mǎn)足，得到嚙合線方程為 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 （ 2 其參數(shù)變化范圍仍由式（ 2定。 從方程（ 2以看出， I 點(diǎn)與其共軛曲線 合時(shí)，其嚙合線就是以陽(yáng)轉(zhuǎn)子中心 圓心、以 1 距離 半徑的圓弧，即 I 點(diǎn)在靜坐標(biāo)系中運(yùn)動(dòng)軌跡。 （ 4） J ○ 1 陰轉(zhuǎn)子上的 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 坐標(biāo)系中的13 坐標(biāo)為 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 （ 2 其中 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 由曲線 程（ 2得 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 （ 2 式中 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 由式（ 2定。 ○ 2 程 陽(yáng)轉(zhuǎn)子上的 與陰轉(zhuǎn)子上 D 點(diǎn)相嚙合的共 軛曲線。將 D 點(diǎn)的方程（ 2入坐標(biāo)變換式（ 2即得 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 （ 2 類(lèi)似于方程（ 2上述方程中也只有一個(gè)參數(shù) 錯(cuò)誤 !未找 到引用源。 ，也是一個(gè)擺線方程，其自然滿(mǎn)足包絡(luò)條件，參數(shù)變化范圍為 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 （ 2 陽(yáng)轉(zhuǎn)子 線上任一點(diǎn)距陽(yáng)轉(zhuǎn)子中心 距離可以用下式表示： 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 （ 2 將式（ 2入式（ 2，得 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 即 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 （ 2 故 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 （ 2 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 （ 2 其中 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 的求法如下： 陽(yáng)轉(zhuǎn)子上擺線 終點(diǎn) J 與陰轉(zhuǎn)子徑向直線 始點(diǎn) D 的嚙合位置如圖 2據(jù)嚙合定律，嚙合線的公法線必通過(guò)節(jié)點(diǎn) p，即 是 公法線，于是在直角三角形 ，得 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 （ 2 又由三角形 14 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 （ 2 O 1解參數(shù)變化范圍示意圖 ○ 3 嚙合線方程 將 D 點(diǎn)方程（ 2入坐標(biāo)變換式（ 2并且包絡(luò)條件自然滿(mǎn)足，得到嚙合線方程為 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 （ 2 其參數(shù)變化范圍仍由式（ 2定。 從方程（ 2以看出， D 點(diǎn)與其共軛曲線 合時(shí)，其嚙合線就是 D 點(diǎn) 在靜坐標(biāo)系中的軌跡，即以 D 點(diǎn)到 （ 5） K ○ 1 陰轉(zhuǎn)子上的 方程為 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 （ 2 參數(shù) 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 變化范圍為 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 （ 2 ○ 2 程 陽(yáng)轉(zhuǎn)子上的 方程（ 2入坐標(biāo)變換式（ 2得曲線簇方程為 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 （ 2 故有 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 將上述諸式代入包絡(luò)條件式（ 2得到曲線參數(shù) 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 與轉(zhuǎn)角參數(shù) 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 的關(guān)系為 15 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 （ 2 聯(lián)立式（ 2式（ 2即得到 參數(shù)變化范圍仍由式（ 2定。另外，式（ 2明 ○ 3 嚙合線方程 把 2入坐標(biāo)變換式（ 2并與包絡(luò)條件式（ 2立，即得到其嚙合線方程為 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 （ 2 其參數(shù)變化范圍仍由式（ 2定。 （ 6） 1 程 陰轉(zhuǎn)子上 的 線為一圓心在 徑為 錯(cuò)誤 !未找到引用源。的圓弧，其方程為 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 （ 2 參數(shù) t 的變化范圍為 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 （ 2 ○ 2 程 陽(yáng)轉(zhuǎn)子上 陰轉(zhuǎn)子上 共軛曲線，將 程（ 2入坐標(biāo)變換式（ 2得 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 （ 2 故有 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 將上式諸式代入包絡(luò)條件式（ 2得到包絡(luò)條件為 錯(cuò) 誤 !未找到引用源。 （ 2 把式（ 2入（ 2整理后得 錯(cuò)誤 ! 未 找 到 引 用 源 。 （ 2 其參數(shù)變化范圍仍由式（ 2定。從式（ 2可以看出， 圓心在 徑為 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 的圓弧，這說(shuō)明節(jié)圓圓弧的共軛曲線仍為節(jié)圓圓弧。 ○ 3 嚙合線方程 把 2入坐標(biāo)變換式（ 2 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 （ 2 16 上式表明節(jié)圓弧的嚙合線為一固定點(diǎn)，即節(jié)點(diǎn) P。 （ 7）具體算出轉(zhuǎn)子型線方程 在一般的螺桿空氣壓縮機(jī)中，不對(duì)稱(chēng)型線趨于采用 5/6 的齒數(shù)組合。實(shí)測(cè)性能表明，這種方案在剛度上也是足夠的，并且可比 4/6 組合方案具有更高的效率。分析各種型號(hào)的螺桿壓縮機(jī)，為了滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。需要選取一些基本參數(shù)，假設(shè)： 陰、陽(yáng)轉(zhuǎn)子齒數(shù) 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 分別為 6、 5；故得到傳動(dòng)比 i=5/6， 陰轉(zhuǎn)子節(jié)圓半徑 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 由傳動(dòng)比可知，陽(yáng)轉(zhuǎn)子節(jié)圓半徑 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ； 中心距 A=55； 有了上面的條件，運(yùn)用上面的計(jì)算過(guò)程， 編寫(xiě) 算程序，得到得到轉(zhuǎn)子型線各段的具體方程 和參數(shù)變化范圍，最終可以得到圖 2型線。 圖 2單邊不對(duì)稱(chēng)擺線 下面是部分 17 圖 2型線 第三章 幾何特性計(jì)算 轉(zhuǎn)子螺旋齒面及其法線方程 螺旋齒面方程 按圖 3立陰、陽(yáng)轉(zhuǎn)子螺旋齒面的坐標(biāo)系，在該坐標(biāo)系中， 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 、 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 分別為固結(jié)在陰、陽(yáng)轉(zhuǎn)子上，并與陰、陽(yáng)轉(zhuǎn)子一起轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)坐標(biāo)系。另外，規(guī)定所有坐標(biāo)系的平面位于轉(zhuǎn)子的吸氣端，通過(guò)計(jì)算可得到下列陰、陽(yáng)轉(zhuǎn)子的螺旋齒面方程。 18 X 2 X 1Y 1Y 2y 2x 2Z 2z 2x 1y 1 Z 1z 1o 1o 2 φ2φ 1圖 3轉(zhuǎn)子螺旋齒面坐標(biāo)系 （ 1）當(dāng)陰轉(zhuǎn)子左旋時(shí) 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 （ 3 （ 2）當(dāng)陽(yáng)轉(zhuǎn)子右旋時(shí) 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 （ 3 上述兩式中， 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 分別是陰、陽(yáng)轉(zhuǎn)子型線方程。 P 表征螺旋面的陡峭程度，稱(chēng)為螺旋特性數(shù)。 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 。 T 是形成曲線繞 z 軸旋轉(zhuǎn) 一周 (2π)后軸向前進(jìn)的距離，稱(chēng)為軸節(jié)距或?qū)С獭? τ是形成曲線從轉(zhuǎn)子一個(gè)斷面繞 為扭轉(zhuǎn)角。 轉(zhuǎn)子幾何參數(shù)間的基本關(guān)系 由于螺桿壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子螺旋齒面是等軸節(jié)距的圓柱螺旋面，因此形成曲線上的所有點(diǎn)具有相同的角速度。這就表明同一螺旋面上的各條螺旋線具有相同的軸節(jié)距和導(dǎo)程。 等軸節(jié)距圓柱螺旋面在同軸圓柱表面上具有下列關(guān)系： 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 （ 3 式中 T—— 半徑為 R—— 該螺旋線所在的圓柱表面的半徑； 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 —— 螺旋角，即螺旋線的切線和圓柱母線之間的夾角。 所以通過(guò)上式可得陰、陽(yáng)轉(zhuǎn)子導(dǎo)程 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 分別為 200 19 點(diǎn)的螺旋運(yùn)動(dòng)可視為該點(diǎn)沿圓周的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和軸向運(yùn)動(dòng)的疊加。因此，當(dāng)該點(diǎn)繞軸線轉(zhuǎn)一周時(shí)，在軸向一定是移動(dòng)了一個(gè)軸節(jié)距。根據(jù)陰、陽(yáng)轉(zhuǎn)子齒面相互嚙合的要求，必須保持下列關(guān)系： 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 式中 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 —— 陰、陽(yáng)轉(zhuǎn)子的導(dǎo)程； 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 —— 陰、陽(yáng)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，分別為 5000r/ 螺旋齒面的法線 如圖 3示，假設(shè) T、 n 分別是平面曲線 c 上 M 點(diǎn)的切線與法線。由圖可得出曲線上任一點(diǎn)的法矢量 n 在坐標(biāo)軸上的投影為 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 （ 3 ααo yn x = x ( t )y = y ( t )圖 3平面曲線的切線和法線 為求得曲面 S 上任意一點(diǎn) n，可在曲面 S 上作一系列坐標(biāo)曲線如圖3示。線固定一個(gè)參數(shù)，令 t=常數(shù)，得到曲面 S 上的一簇空間曲線，稱(chēng)之為 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 曲線。顯然，在 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 曲線上， t=常數(shù)，只有參數(shù) 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 變化；同樣可得與 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 曲線相交的 t 曲線， t 曲線上， 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 =曲線，只有參數(shù) 兩段曲線交織成曲面 S。 20 τ曲線）（ t 曲 線 ）t 1 t 2t 3τ 1τ 2τ 3曲面的法線 得到右螺旋面法線的分量為 錯(cuò)誤 !未找到引 用源。 （ 3 或 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 （ 3 同樣可求得左螺旋面方程式（ 3法線矢量分量為 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 （ 3 接觸線 雙螺桿壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子間的接觸線，是兩轉(zhuǎn)子在嚙合運(yùn)動(dòng)時(shí)，兩個(gè)共軛齒面的交線。研究結(jié)果表明，在雙螺桿壓縮機(jī)的各種泄露損失中，通過(guò)接觸線的泄露損失占了所有泄露損失的絕大部分。因而，準(zhǔn)確計(jì)算接觸線是雙螺桿壓縮機(jī)設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要方面。 相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度 （ 1）相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度在陽(yáng)轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系中的表示 仍采用圖 3求出相對(duì)速度在陽(yáng)轉(zhuǎn)子動(dòng)坐標(biāo)系 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 中的投影，先求該速度在陽(yáng)轉(zhuǎn)子靜坐標(biāo)系 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 中的表達(dá)式。在如圖 3兩個(gè)轉(zhuǎn)子都附加同 一角速度 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ，則21 兩轉(zhuǎn)子的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系不見(jiàn)，但此時(shí)陰轉(zhuǎn)子靜止不動(dòng)，陽(yáng)轉(zhuǎn)子作復(fù)合運(yùn)動(dòng)，即以 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 繞 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 軸的牽連運(yùn)動(dòng)和以 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 繞軸錯(cuò)誤 !未找到引用源。 軸的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。根據(jù)動(dòng)力學(xué)，當(dāng)一個(gè)點(diǎn)作復(fù)合運(yùn)動(dòng)時(shí)，其絕對(duì)速度等于牽連速度 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 與相對(duì)速度 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 的矢量和，即 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 （ 3 通過(guò)一系列計(jì)算，最后得 到相對(duì)速度在陽(yáng)轉(zhuǎn)子動(dòng)坐標(biāo)系中的表達(dá)式為 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 （ 3 （ 2）相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度在陰轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系中的表示 與陽(yáng)轉(zhuǎn)子應(yīng)用相同的方法，最后可以得到相對(duì)速度在陰轉(zhuǎn)子動(dòng)坐標(biāo)系中的表達(dá)式為 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 （ 3 嚙合條件 兩轉(zhuǎn)子嚙合時(shí)，一個(gè)轉(zhuǎn)子的齒面包絡(luò)出另一個(gè)轉(zhuǎn)子的齒面，在兩個(gè)相互包絡(luò)的齒面的接觸點(diǎn)處，有公切 面或公法線。所謂嚙合，就是說(shuō)相互運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)轉(zhuǎn)子的場(chǎng)面只能相互滑移，而不允許彼此沖擊或脫離，也即兩齒面的法向相對(duì)速度應(yīng)該為零。法向相對(duì)速度為零的條件式： 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 （ 3 寫(xiě)成投影式為 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 （ 3 這就是螺桿壓縮機(jī)陰陽(yáng)轉(zhuǎn)子齒面嚙合應(yīng)滿(mǎn)足的條件，稱(chēng)為嚙合條件，其數(shù)學(xué)表達(dá)式又稱(chēng)為嚙合條件式。 對(duì)于兩 軸線是平行的螺桿壓縮機(jī)，在 Z 軸方向沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，故有嚙合條件式在陰、陽(yáng)轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系中的表達(dá)式為 陰轉(zhuǎn)子 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 （ 3 陽(yáng)轉(zhuǎn)子 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 （ 3 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 則分別表示陰陽(yáng)轉(zhuǎn)子螺旋齒面的法向矢量在 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 動(dòng)坐標(biāo)系中的投影，由式（ 3（ 3定； 如果已知陰轉(zhuǎn) 子的齒面方程 22 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 （ 3 將式（ 3式（ 3入（ 3得其嚙合條件式為 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 （ 3 同樣，可以得到陽(yáng)轉(zhuǎn)子的嚙合條件式為 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 （ 3 由式（ 3式（ 3知，嚙合條件式是一個(gè)含有三個(gè)參數(shù) 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 或 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 的 隱函數(shù)表達(dá)式 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 或 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 。如給定一個(gè) 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 或 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 值，則可由嚙合條件式解得若干組 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 用這些 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 代入轉(zhuǎn)子的齒面方程式，即可得到在此 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 或 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 位置時(shí)，兩齒面的一條接觸線。 齒間面積和面積利用系數(shù) 齒間面積 陰、陽(yáng)轉(zhuǎn)子的齒間面積是螺桿壓縮機(jī)的重要幾何特性之一，在對(duì)轉(zhuǎn)子型線的各段組成齒曲線建立方程，并確定其參數(shù)變化范圍后