I 螺桿壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)仿真 摘要 雙螺桿壓縮機(jī)是一種比較新穎的壓縮機(jī)，因其可靠性高、操作維修方便、動(dòng)力平衡性好、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，而廣泛地應(yīng)用于礦山、建筑、化工、冶金、動(dòng)力、機(jī)械、制冷等工業(yè)部門。雙螺桿壓縮機(jī)已經(jīng)超過(guò)所有工業(yè)壓縮機(jī)的 50 ，其市場(chǎng)份額超過(guò) 80 ，今后其市場(chǎng)份額還將繼續(xù)擴(kuò)大?？梢?jiàn)，研究雙螺桿壓縮機(jī)具有十分重要的意義。本課題主要是設(shè)計(jì)通用的噴油雙螺桿空氣壓縮機(jī)，采用單邊不對(duì)稱擺線 -銷齒圓弧型型線，陰、陽(yáng)轉(zhuǎn)子齒數(shù)比為 6： 4。設(shè)計(jì)新型轉(zhuǎn)子型線，目的是使接觸線長(zhǎng)度、泄漏三角形面積和封閉余隙容積 3 者達(dá) 到最優(yōu)化設(shè)計(jì)，以進(jìn)一步提高雙螺桿壓縮機(jī)的機(jī)械性能。重點(diǎn)研究的是雙螺桿壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子型線設(shè)計(jì)、幾何特性、受力分析、熱力學(xué)計(jì)算。 【關(guān)鍵詞】雙螺桿壓縮機(jī) ； 轉(zhuǎn)子型線 ； 嚙合線 ； 齒間容積 Abstract II Abstract The twin-screw compressor is a kind of newly emerging compressor. Because of its high reliability, easy repair, good balance and good adaptability etc, and widely applied to such industrial departments as mine, chemical industry, power, metallurgy, architecture, machinery, refrigeration, etc. By designing the project, the volumetric efficiency is 70%, the compressed temperature is more 80。 It is very important to design and research a twin-screw compressor in industrial. The project is to design a universal twin-screw air compressor, and to adopt single side asymmetric swept line unilaterally and dowel tooth circular rotor profile. There are six lobes on the female rotor and four lobes on the male rotor. The aim of designing a new rotor profile is to optimize the contact line length, blowhole area and clearance volume. That can improve the mechanical performance of a twin-screw compressor further. The project is mainly to research a twin-screw compressor rotor profile, geometry characteristic, mechanics analysis, thermodynamics calculation Keywords A twin-screw compressor； rotor profile； mesh curve； tooth space volume. 目錄 目錄 緒論 . 1 1.螺桿壓縮機(jī)簡(jiǎn)介 . 1 2.雙螺桿壓縮機(jī)的特點(diǎn)和應(yīng)用前景 . 2 3.國(guó)內(nèi)外雙螺桿壓縮機(jī)的 研究進(jìn)展 . 3 4.研究雙螺桿壓縮機(jī)的目的和意義 . 4 第一章 雙螺桿壓縮機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理 . 5 1.1 基本結(jié)構(gòu) . 5 1.2 工作 原理 . 5 1.2.1 吸氣過(guò)程 . 5 1.2.2 壓縮過(guò)程 . 6 1.2.3 排氣過(guò)程 . 6 第二章 雙螺桿壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) . 8 2.1 轉(zhuǎn)子型線設(shè)計(jì)原則 . 8 2.1.1 轉(zhuǎn)子型線及其要素 . 8 2.1.2 轉(zhuǎn)子型線設(shè)計(jì)原則 . 8 2.2 型線方程和嚙合線方程 . 9 2.2.1 坐標(biāo)系建立及坐標(biāo)變換 . 9 2.2.2 齒曲線及其共軛曲線 . 10 2.3 單邊不對(duì)稱擺線 -銷齒圓弧型線 . 13 2.4 齒間 面積和面積利用系數(shù) . 21 2.5 齒間容積及其變化過(guò)程 . 22 目錄 2.6 雙螺桿壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) . 24 2.7 雙螺桿壓縮機(jī)的吸、排氣孔口設(shè)計(jì) . 24 2.7.1 吸氣孔口 . 24 2.7.2 軸向吸氣孔口 . 25 2.7.3 軸向排氣孔口 . 25 2.7.4 徑向排氣孔口 . 26 2.8 主要零部件設(shè)計(jì)和選材 . 27 2.8.1 機(jī)體 . 27 2.8.2 轉(zhuǎn)子 . 27 2.8.3 軸承 . 27 2.8.4 軸封 . 27 第三章 雙螺桿壓縮機(jī)的熱力學(xué)和功率計(jì)算 . 28 3.1 扭角系數(shù)及內(nèi)壓比 . 28 3.1.1 扭角系數(shù) . 28 3.1.2 內(nèi)壓力比 . 29 3.2 軸功率及絕熱效率 . 29 3.2.1 軸功率 . 29 3.2.2 絕熱效率 ad . 30 3.2.3 絕熱指示效率 i . 30 3.3 電動(dòng)機(jī)功率 . 30 3.3.1 傳動(dòng)效率 . 30 3.3.2 電動(dòng)機(jī)功率 . 30 目錄 3.3.3 電功率 . 30 第四章 雙螺桿壓縮機(jī)的 proe 主要零件圖、組裝圖和仿真圖 . 31 1. 主要零件圖 . 31 2. 組裝圖 . 35 3. 仿真圖 . 37 中英文翻譯 . 40 總結(jié) . 49 致謝 . 50 附錄 . 51 參考文獻(xiàn) . 53 華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 緒論 1.螺桿壓縮機(jī)簡(jiǎn)介 我們通常所說(shuō)的壓縮機(jī)是指雙螺桿壓縮機(jī)， 雙螺桿壓縮機(jī)屬于回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī) ， 是一種工作容積作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的容積式氣體壓縮機(jī)械。氣體的壓縮是通過(guò)容積的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)，而容積的變化又是借壓縮機(jī)的一個(gè)或幾個(gè)轉(zhuǎn)子在氣缸里作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)來(lái)達(dá)到?；剞D(zhuǎn)式壓縮機(jī)的工作容積不同于往復(fù)式壓縮機(jī)，它除了周期性地?cái)U(kuò)大和縮小外，其空間位置也在變更。 回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)靠容積的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)氣體的壓縮，這一點(diǎn)與往復(fù)式壓縮機(jī)相同，它們都屬于容積式壓縮機(jī)；回轉(zhuǎn)式 壓縮機(jī)的主要機(jī)件（轉(zhuǎn)子）在氣缸內(nèi)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，這一點(diǎn)又與速度式壓縮機(jī)相同。所以，回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)同時(shí)兼有上述兩類機(jī)器的特點(diǎn)。 回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)沒(méi)有往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，一般沒(méi)有氣閥，零部件（特別是易損件）少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，因而制造方便，成本低廉；同時(shí)，操作簡(jiǎn)便，維修周期長(zhǎng)，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。 回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)的排氣量與排氣壓力幾乎無(wú)關(guān)，與往復(fù)式壓縮機(jī)一樣，具有強(qiáng)制輸氣的特征。 回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)運(yùn)動(dòng)機(jī)件的動(dòng)力平衡性良好，故壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)高、基礎(chǔ)小。這一優(yōu)點(diǎn)，在移動(dòng)式機(jī)器中尤為明顯。 回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)高，它可以和高速原動(dòng)機(jī)（如電動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃 機(jī)、蒸汽輪機(jī)等）直接相聯(lián)。高轉(zhuǎn)數(shù)帶來(lái)了機(jī)組尺寸小、重量輕的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，在轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一周之內(nèi)，通常有多次排氣過(guò)程，所以它輸氣均勻、壓力脈動(dòng)小，不需設(shè)置大容量的儲(chǔ)氣罐。 回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)的適應(yīng)性強(qiáng)，在較大的工況范圍內(nèi)保持高效率。排氣量小時(shí)，不像速度式壓縮機(jī)那樣會(huì)產(chǎn)生喘振現(xiàn)象。 在某些類型的回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)（如羅茨鼓風(fēng)機(jī)、螺桿式壓縮機(jī)）中，運(yùn)動(dòng)機(jī)件相互之間，以及運(yùn)動(dòng)機(jī)件與固定機(jī)件之間，并不直接接觸，在工作容積的周壁上無(wú)需潤(rùn)滑，可以保證氣體的潔凈，做到絕對(duì)無(wú)油的壓送氣體（這類機(jī)器成為無(wú)油回轉(zhuǎn)壓縮機(jī)）。同時(shí)，由于相對(duì)運(yùn)動(dòng)的機(jī)件 之間存在間隙以及沒(méi)有氣閥，故它能壓送污濁和帶液滴、含粉塵的氣體。 但是，回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)也有它的缺點(diǎn)，這些缺點(diǎn)是： 由于轉(zhuǎn)數(shù)較高，加之工作容積與吸排氣孔口周期性地相通、切斷，產(chǎn)生較為強(qiáng)烈的空氣動(dòng)力噪聲，其中螺桿式壓縮機(jī)、羅茨鼓風(fēng)機(jī)尤為突出，若不采取消音措施，即不能被用戶所利用。 許多回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)，如螺桿式、羅茨式、轉(zhuǎn)子式等，運(yùn)動(dòng)機(jī)件表面多呈曲面形狀，以其嚙合運(yùn)動(dòng)使工作容積改變，這些曲面的加工及其校驗(yàn)均較復(fù)雜，有的還需使用專用設(shè)備。 回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)工作容積的周壁，大多不是圓柱形，使運(yùn)動(dòng)機(jī)件之間或運(yùn)動(dòng)機(jī)件與固定機(jī)件之 間的密封問(wèn)題較難滿意解決，通常僅以其間保持一定的運(yùn)動(dòng)間隙達(dá)到密封，氣體通過(guò)間隙勢(shì)必產(chǎn)生泄漏，這就限制了回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)難以達(dá)到較高的終了壓力。 回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)的形式和結(jié)構(gòu)類型較多，分類也各有不同。 按轉(zhuǎn)子的數(shù)量區(qū)分：?jiǎn)无D(zhuǎn)子和雙轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)，個(gè)別情況下還有多轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)式黎春：螺桿壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)仿真 2 壓縮機(jī)； 按氣體壓縮的方式區(qū)分：有內(nèi)壓縮和無(wú)內(nèi)壓縮回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)； 按工作容積是否有油（液）區(qū)分：有無(wú)油（液）和噴油（液）回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)。 通常都按結(jié)構(gòu)元件的特征區(qū)分和命名，目前廣為使用的有羅茨鼓風(fēng)機(jī)、滑片式壓縮機(jī)和螺桿式壓縮機(jī)。此外，單螺桿壓縮機(jī)、 液環(huán)式壓縮機(jī)、偏心轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)以及旋轉(zhuǎn)活塞式壓縮機(jī)等在不同領(lǐng)域內(nèi)也得到應(yīng)用。 上述各種回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)，除羅茨鼓風(fēng)機(jī)屬無(wú)內(nèi)壓縮的機(jī)器外，其余均是有內(nèi)壓縮的機(jī)器。 回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)大多作為中、小排氣量，中、低壓壓縮機(jī)或鼓風(fēng)機(jī)之用。目前，回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)在冶金、化工、石油、交通運(yùn)輸、機(jī)械制造以及建筑工程等工業(yè)部門得到廣泛的應(yīng)用；隨著人民生活水平的逐步提高，在耐用消費(fèi)品中也將得到廣泛的應(yīng)用。 2.雙螺桿壓縮機(jī)的特點(diǎn)和應(yīng)用前景 2.1 雙螺桿壓縮機(jī)的特點(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)相同，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)兼有上述兩類機(jī)器的特點(diǎn)。 （）螺桿壓縮機(jī)的優(yōu)點(diǎn)如下： 1）可靠性高。螺桿壓縮機(jī)零部件少，沒(méi)有易損件，因而它運(yùn)轉(zhuǎn)可靠，壽命長(zhǎng)，大修間隔期可達(dá) 4-8萬(wàn) h. 2)操作維護(hù)方便。螺桿壓縮機(jī)自動(dòng)化程度高，操作人員不必經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的專業(yè)培訓(xùn)，可實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守運(yùn)轉(zhuǎn)。 3）動(dòng)力平衡好。螺桿壓縮機(jī)沒(méi)有不平衡慣性力，機(jī)器可平穩(wěn)地高速工作，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)，容積流量幾 乎不受排氣壓力的影響，在寬廣的范圍內(nèi)能保持較高的效率，在壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)不作任何改變的情況下，適用于多種共質(zhì)。 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，可輸送含液氣體、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。由于螺桿壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子齒面是一空間曲面，需利用特制的刀具在價(jià)格昂貴的專用設(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。 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)只能用于中、低壓范圍，排氣壓力一般不超過(guò) 3MPa。 3）不能用于微型場(chǎng)合。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 0.2m3/min時(shí)，螺桿壓縮機(jī)才具有優(yōu)越的性能。 華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 2.2 雙螺桿壓縮機(jī)的應(yīng)用前景 （ 1） 噴油螺桿空氣壓縮機(jī) 動(dòng)力用的噴油螺桿壓縮機(jī)已系列化，一般都是在大氣壓力下吸入氣體，單級(jí)排氣壓力有 0.7 MPa、 1.0MPa 和 1.3 MPa（表壓）等不同形式。少數(shù)用于驅(qū)動(dòng)大型風(fēng)鉆的兩級(jí)壓縮機(jī)，排氣壓力可達(dá)到 2.5 MPa（表壓）。此類壓縮機(jī)目前的容積流量范圍為0.2-100m3/min，越來(lái)越被用到對(duì)空氣品質(zhì)要求非常高的應(yīng)用場(chǎng)合 ，如食品、醫(yī)藥及棉紡企業(yè)，占據(jù)了許多原屬無(wú)油壓縮機(jī)的市場(chǎng)。 （ 2）噴油螺桿制冷壓縮機(jī) 目前，半封閉和全封閉式螺桿制冷壓縮機(jī)廣泛應(yīng)用于住宅和商用樓房的中央空調(diào)系統(tǒng)，產(chǎn)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)開(kāi)啟式。此外，螺桿制冷壓縮機(jī)還用于工業(yè)制冷、食品冷凍、冷藏，以及各種交通運(yùn)輸工具的制冷裝置。 在環(huán)境溫度下工作時(shí)，單級(jí)螺桿制冷壓縮機(jī)可達(dá) -25的蒸發(fā)溫度，采用經(jīng)濟(jì)器或雙級(jí)壓縮，可達(dá) -40的蒸發(fā)溫度。既能供冷又能供暖的冷熱兩用螺桿機(jī)組，近年發(fā)展很快。目前螺桿制冷壓縮機(jī)標(biāo)準(zhǔn)工況下制冷量范圍為 10-2500KW。 （ 3） 噴油螺桿工藝壓縮 機(jī) 噴油螺桿工藝壓縮機(jī)的工作壓力由工藝流程確定，單級(jí)壓力比可達(dá) 10，排氣壓力通常小于 4.5MPa，但可高達(dá) 9MPa，容積流量范圍為 1-200 m3/min。 （ 4） 干式螺桿壓縮機(jī) 目前一般干式螺桿壓縮機(jī)的單級(jí)壓力比為 1.5-3.5，雙級(jí)壓力比可達(dá) 8-10，容積流量為 3-500m3/min。 （ 5） 噴水螺桿壓縮機(jī) 使噴入的水與潤(rùn)滑油隔開(kāi)，用于一些可能發(fā)生聚合反應(yīng)的氣體，向壓縮機(jī)入口噴入適當(dāng)?shù)娜軇詻_掉這些化合物。 （ 6） 其他螺桿機(jī)械 螺桿壓縮機(jī)可作為油、氣、水多相流混輸泵使用，也可作為 真空泵使用單級(jí)真空度可達(dá) 98%，能耗較其他類型真空泵低 20%-50%。此外，螺桿機(jī)械還可作為膨脹機(jī)。 3.國(guó)內(nèi)外雙螺桿壓縮機(jī) 的 研究進(jìn)展 螺桿壓縮機(jī)的螺桿齒形發(fā)展體現(xiàn)在以下四個(gè)階段：第一代為 Lysholm 齒形，主要線段由點(diǎn)生成擺線組成，限于當(dāng)年加工條件，主要用于無(wú)油螺桿壓縮機(jī)；第二代為 1964年的對(duì)稱圓弧齒形， 4+6 齒，主要線段由圓弧和與之嚙合的圓弧包絡(luò)線組成，動(dòng)力用螺桿壓縮機(jī)為主要應(yīng)用對(duì)象；第三代為非對(duì)稱齒形 SRM， 4+6 齒，主要線段由生成擺線和圓弧包絡(luò)線組成，其效率較第二代提高 10%，廣泛用于噴油和無(wú)油螺 桿壓縮機(jī)；第四代，1982 年后以 SRM-D 齒形為代表， 5+6 齒， 4+5 齒， 5+7 齒，主要線段為線生成式曲線，無(wú)尖點(diǎn)，凡第四代齒形均為節(jié)能型。 近年來(lái)，人們逐漸對(duì)內(nèi)部進(jìn)行噴油的雙螺桿壓縮機(jī)產(chǎn)生了興趣。由于精密的專用數(shù)控轉(zhuǎn)子加工銑床和磨床已經(jīng)使任何型線的加工變得很方便，大量的研究工作在型線方面。其次陰、陽(yáng)螺桿齒數(shù)從 6： 4發(fā)展到 6： 5。 日本的神鋼與日立公司，在將近 50 年的時(shí)間里不斷成功地開(kāi)發(fā)出了節(jié)能明顯的各種系列螺桿壓縮機(jī)。從某種程度而言，日本的空壓機(jī)節(jié)能技術(shù)的發(fā)展代表了當(dāng)今世界空壓機(jī)技術(shù)的發(fā)展方向。 雙螺桿壓 縮機(jī)在我國(guó)的發(fā)展歷程較短，是一種比較新穎的壓縮機(jī)，但其發(fā)展很快。黎春：螺桿壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)仿真 4 目前，我國(guó)的噴油內(nèi)冷卻的動(dòng)力用雙螺桿壓縮機(jī)比功率已達(dá) 5.56KW（ /min），已超過(guò)國(guó)外產(chǎn)品最好的比功率 5.54KW（ /min）。封閉式螺桿空壓機(jī)噪聲可達(dá) 60-85dB(A),國(guó)外螺桿壓縮機(jī)無(wú)故障運(yùn)行在 7* h，國(guó)內(nèi)螺桿壓縮機(jī)壽命可達(dá) 4* h。西安交大刑子文教授開(kāi)發(fā)的“ SCCAD”螺桿設(shè)計(jì)計(jì)算軟件，已轉(zhuǎn)交給多家海內(nèi)外企業(yè)應(yīng)用。螺桿壓縮機(jī)在國(guó)外占據(jù) 80%以上移動(dòng)式空壓機(jī)市場(chǎng)，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)因柴油機(jī)方面的原因占份額不大，只有外資產(chǎn)品占有較少市場(chǎng)，螺桿 空氣壓縮機(jī)占螺桿壓縮機(jī)總量的 85%，制冷空調(diào)方面螺桿壓縮機(jī)約占 12%。可以說(shuō)，我國(guó)的個(gè)別企業(yè)的螺桿壓縮機(jī)已經(jīng)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。 今后螺桿壓縮機(jī)的市場(chǎng)份額仍將不斷擴(kuò)大，特別是無(wú)油螺桿空氣壓縮機(jī)和各類螺桿工藝壓縮機(jī)，會(huì)獲得更快的發(fā)展。目前，有人開(kāi)始研究?jī)陕輻U嚙合過(guò)程中磨損問(wèn)題和潤(rùn)滑油在齒面上的分布，以提高轉(zhuǎn)子壽命。有文獻(xiàn)報(bào)道已可做到無(wú)磨損嚙合。在制冷中，對(duì)于 Co 作制冷劑的跨臨界循環(huán)，用螺桿壓縮機(jī)與螺桿膨脹機(jī)組成一體的機(jī)組已經(jīng)被開(kāi)發(fā)。未來(lái)主要是進(jìn)一步提高螺桿壓縮機(jī)的性能，擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。 4.研究雙螺桿壓縮機(jī)的 目的和意義 本課題主要是設(shè)計(jì)通用的噴油雙螺桿空氣壓縮機(jī)。在深刻理解前人研究的理論基礎(chǔ)上，在給定設(shè)計(jì)參數(shù)和設(shè)計(jì)要求的條件下，研究雙螺桿壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子型線、幾何特性、工作過(guò)程、受力分析及轉(zhuǎn)子的加工，以進(jìn)一步提高雙螺桿壓縮機(jī)的機(jī)械性能。設(shè)計(jì)新型轉(zhuǎn)子型線，使接觸線長(zhǎng)度、泄漏三角形面積和封閉余隙容積 3者達(dá)到最優(yōu)化。利用自備砂輪修正器的轉(zhuǎn)子專用數(shù)控磨床，快速加工出新型線的轉(zhuǎn)子，使轉(zhuǎn)子的精度和表面粗糙度預(yù)計(jì)超過(guò)現(xiàn)有的值。設(shè)計(jì)吸氣孔口的形狀和合理位置，來(lái)提高壓縮機(jī)效率。同時(shí)，研究型線和孔口配置等因素對(duì)噪聲的影響指標(biāo)，從而更有 效地降低噪聲。通過(guò)設(shè)計(jì)雙螺桿壓縮機(jī)，可以了解雙螺桿壓縮機(jī)的發(fā)展歷程、研究現(xiàn)狀和發(fā)展方向；深入理解雙螺桿壓縮機(jī)的基本結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)、主要零部件設(shè)計(jì)選型、主機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和機(jī)組系統(tǒng)設(shè)計(jì)；重點(diǎn)研究的是雙螺桿壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子型線、幾何特性、工作過(guò)程、受力分析、轉(zhuǎn)子加工和主要設(shè)計(jì)參數(shù)的確定。通過(guò)設(shè)計(jì)，能了解設(shè)計(jì)的一般要求和規(guī)則，能將理論知識(shí)與生產(chǎn)實(shí)際聯(lián)系起來(lái)。 雙螺桿壓縮機(jī)是一種比較新穎的壓縮機(jī)，因其可靠性高、操作維修方便、動(dòng)力平衡性好、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，而廣泛地應(yīng)用于礦山、化工、動(dòng)力、冶金、建筑、機(jī)械、制冷等工業(yè)部門。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表 明，螺桿壓縮機(jī)的銷售量已占所有容積式壓縮機(jī)銷售總量的 80%以上，在所有正在運(yùn)行的容積式壓縮機(jī)中，有 50%是螺桿壓縮機(jī)，今后螺桿壓縮機(jī)的市場(chǎng)份額仍將不斷擴(kuò)大?？梢钥闯?，螺桿壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)研究在工業(yè)生產(chǎn)中具有十分重要的意義。通過(guò)本設(shè)計(jì)，可以充分了解雙螺桿壓縮機(jī)的有關(guān)知識(shí)，以及如何進(jìn)一步改善其性能和擴(kuò)大其應(yīng)用范圍，使雙螺桿壓縮機(jī)能得到更好的發(fā)展，為生產(chǎn)和生活服務(wù)?？梢詫⑺鶎W(xué)理論知識(shí)與生產(chǎn)實(shí)際聯(lián)系起來(lái)，并積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，為以后的工作打下了一個(gè)堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 第一章 雙螺桿 壓縮機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理 1.1 基本結(jié)構(gòu) 通常所稱的螺桿壓縮機(jī)指的是雙螺桿壓縮機(jī)。雙螺桿壓縮機(jī)的發(fā)展歷程較短，是一種比較新穎的壓縮機(jī)。 雙螺桿壓縮機(jī)是一種容積式的回轉(zhuǎn)機(jī)械。由一對(duì)陰、陽(yáng)螺桿，一個(gè)殼體與一對(duì)端蓋組成。在倒“ 8”形的氣缸中，平行地配置著一對(duì)相互嚙合的螺旋形轉(zhuǎn)子，分別稱為陰、陽(yáng)轉(zhuǎn)子。它們和機(jī)體之間構(gòu)成一個(gè)“ V”字形的一對(duì)密封的齒槽空間隨著轉(zhuǎn)子的回轉(zhuǎn)而逐漸變小，并且其位置在空間也不斷從吸氣口向排氣口移動(dòng)，從而完成吸氣 -壓縮 -排氣的全部過(guò)程。 一般陽(yáng)轉(zhuǎn)子與原動(dòng)機(jī)連接，由陽(yáng)轉(zhuǎn)子帶動(dòng)陰轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。在壓縮機(jī)機(jī)體的兩端，分別開(kāi)設(shè)一定形狀和 大小的孔口。一個(gè)供吸氣用，稱作吸氣孔口；另一個(gè)供排氣用，稱作排氣孔口。 1.2 工作原理 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)，這里只研究其中一對(duì)齒。 1.2.1 吸氣過(guò)程 圖 1示出的螺桿壓縮機(jī)的吸氣過(guò)程，所討論的一對(duì)齒用箭頭標(biāo)出，陽(yáng)轉(zhuǎn)子按逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，陰轉(zhuǎn)子按順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，圖中的轉(zhuǎn)子端面是吸氣端面。機(jī)殼上有特定形狀的吸氣孔口如圖 1粗實(shí)線所示。 圖 1 雙螺桿壓縮機(jī)的吸氣過(guò)程 a）吸氣過(guò)程即將開(kāi)始 b）吸氣過(guò)程中 c）吸 氣過(guò)程結(jié)束 圖 1（ a）示出的是吸氣過(guò)程即將開(kāi)始時(shí)的轉(zhuǎn)子位置。在這一時(shí)刻，這一對(duì)齒前端的型線完全嚙合，且即將與吸氣孔口連通。 隨著轉(zhuǎn)子開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，由于齒的一端逐漸脫離嚙合而形成齒間容積，這個(gè)齒間容積的擴(kuò)大，在其內(nèi)部形成了一定的真空，而此齒間容積又僅與吸氣口連通，因此氣體便在壓差作用下流入其中，如圖 1（ b）中陰影部分所示。在隨后的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，陽(yáng)轉(zhuǎn)子齒不斷從陰轉(zhuǎn)子的齒槽中脫離出來(lái)，齒間容積不斷擴(kuò)大，并與吸氣孔口保持連通。 黎春：螺桿壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)仿真 6 吸氣過(guò)程結(jié)束時(shí)的轉(zhuǎn)子位置如圖 1（ c）所示，其最顯著的特征是齒間容積達(dá)到最大值，隨著轉(zhuǎn)子的旋 轉(zhuǎn)，所研究的齒間容積不會(huì)再增加。齒間容積在此位置與吸氣孔口斷開(kāi)，吸氣過(guò)程結(jié)束。 1.2.2 壓縮過(guò)程 a）吸氣過(guò)程即將開(kāi)始 b）吸氣過(guò)程中 c）吸氣過(guò)程結(jié)束、排氣過(guò)程即將開(kāi)始 圖 2示出螺桿壓縮機(jī)的壓縮過(guò)程。這是從上面看相互嚙合的轉(zhuǎn)子，圖中的轉(zhuǎn)子端面是排氣端面，機(jī)殼上的排氣孔口如圖中粗實(shí)線所示。在這里，陽(yáng)轉(zhuǎn)子沿順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，陰轉(zhuǎn)子沿逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。 圖 2 雙螺桿壓縮機(jī)的壓縮過(guò)程 圖 2（ a）示出壓縮過(guò)程即將開(kāi)始時(shí)的轉(zhuǎn)子位置。 隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，齒間容積由于轉(zhuǎn)子齒的嚙合而不斷減少。被密封在容 積中的氣體所占據(jù)的體積也隨之減少，導(dǎo)致壓力升高，從而實(shí)現(xiàn)氣體的壓縮過(guò)程，圖 3（ b）。壓縮過(guò)程可一直持續(xù)到齒間容積即將與排氣孔口連通之前。 1.2.3 排氣過(guò)程 圖 3 雙螺桿壓縮機(jī)的排氣過(guò)程 華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 a）排氣過(guò)程中 b）排氣過(guò)程結(jié)束 圖 3示出螺桿壓縮機(jī)的排氣過(guò)程。齒間容積與排氣孔口連通后，即開(kāi)始排氣過(guò)程。隨著齒間容積的不斷縮小，具有排氣壓力的氣體逐漸通過(guò)排氣孔口被排出，圖 3（ a）。這個(gè)過(guò)程一直持續(xù)到齒末端的型線完全嚙合，圖 3(b) 。此時(shí)，齒間容積內(nèi)的氣體通過(guò)排氣孔口被完全排出，封閉的齒間容積變 為零。 黎春：螺桿壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)仿真 8 第二章 雙螺桿壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2.1 轉(zhuǎn)子型線設(shè)計(jì)原則 2.1.1 轉(zhuǎn)子型線及其要素 螺桿壓縮機(jī)最關(guān)鍵的是一對(duì)相互嚙合的轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子的齒面與轉(zhuǎn)子軸線垂直面的截交線稱為轉(zhuǎn)子型線。 對(duì)于螺桿壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子型線的要求，主要是在齒間容積之間有優(yōu)越的密封性能，因?yàn)檫@些齒間容積是實(shí)現(xiàn)氣體壓縮的工作腔。對(duì)螺桿壓縮機(jī)性能有重大影響的轉(zhuǎn)子型線要素有接觸線、泄漏三角形、封閉容積和齒間面積等。 （ 1）接觸線 。螺桿壓縮機(jī)的陰、陽(yáng)轉(zhuǎn)子嚙合時(shí)，兩轉(zhuǎn)子齒面相互接觸而形成的空間 曲線稱為接觸線。如果轉(zhuǎn)子齒面間的接觸連續(xù)，則處在高壓力區(qū)內(nèi)的氣體將通過(guò)接觸線中斷缺口，向低壓力區(qū)泄漏。 陰、陽(yáng)轉(zhuǎn)子型線嚙合時(shí)的嚙合點(diǎn)軌跡，稱為嚙合線。嚙合線實(shí)質(zhì)是接觸線在轉(zhuǎn)子端面上的投影。顯然接觸線連續(xù)，意味著嚙合線應(yīng)該是一條連續(xù)的封閉曲線。 （ 2）泄漏三角形 。在接觸線頂點(diǎn)和機(jī)殼的轉(zhuǎn)子氣缸孔之間，會(huì)形成一個(gè)空間曲邊三角形，稱為泄漏三角形。若嚙合線頂點(diǎn)距陰、陽(yáng)轉(zhuǎn)子齒頂圓的交點(diǎn)較遠(yuǎn)，則說(shuō)明泄漏三角形面積較大。 （ 3）封閉容積 。如果在齒間容積開(kāi)始擴(kuò)大時(shí)，不能立即開(kāi)始吸氣過(guò)程，就會(huì)產(chǎn)生吸氣封閉容積。吸氣封閉容積 的存在，影響了齒間容積的正常充氣。從轉(zhuǎn)子型線可定性看出封閉容積的大小。 （ 4）齒間面積 。它是齒間容積在轉(zhuǎn)子端面上的投影。轉(zhuǎn)子型線的齒間面積越大，轉(zhuǎn)子的齒間容積就越大。 2.1.2 轉(zhuǎn)子型線設(shè)計(jì)原則 （） 滿足嚙合要求。螺桿壓縮機(jī)的陰、陽(yáng)轉(zhuǎn)子型線必須是滿足嚙合定律的共軛型線。 （） 形成長(zhǎng)度較短的連續(xù)接觸線。為了盡可能減少氣體通過(guò)間隙帶的泄漏，要求設(shè)法縮短轉(zhuǎn)子間的接觸線長(zhǎng)度。 （）應(yīng)形成較面積的泄漏三角形。 （）應(yīng)使封閉容積較小。吸氣封閉容積導(dǎo)致壓縮機(jī)功耗增加、效率降低、噪聲增大。所以轉(zhuǎn)子型線應(yīng)使封 閉容積盡可能小地。 （）齒間面積盡量大。較大的齒間面積使泄漏量占的份額相對(duì)減少，效率得到提高。 華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 2.2 型線方程和嚙合線方程 2.2.1 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)方程描述螺桿型線中各段組成齒曲線，建立如圖 4所示的四個(gè)坐標(biāo)系： 圖 4 坐標(biāo)系關(guān)系圖 1）固結(jié)在陽(yáng)轉(zhuǎn)子的動(dòng)坐標(biāo)系 111 yxo 2）固結(jié)在陰轉(zhuǎn)子的動(dòng)坐標(biāo)系 222 yxo 。 3）陽(yáng)轉(zhuǎn)子的靜坐標(biāo)系1.11 YXO。 4）陰轉(zhuǎn)子的靜坐標(biāo)系2.22 YXO。 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，故有 : izzRRnntt 2121121212 （ 2-1） 1121 )1( i ARRtt 21 式中， 2、 1為陰、陽(yáng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角； n2、 n1為陰、陽(yáng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速； 2、 1 為陰、陽(yáng)轉(zhuǎn)子角速度； R2t、 R1t為陰、陽(yáng)轉(zhuǎn)子節(jié)圓半徑； z2、 z1為陰、陽(yáng)轉(zhuǎn)子齒數(shù)； i 為傳動(dòng)比； A為陰、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)，都可以表示在上述四個(gè)坐標(biāo)系中，這些坐標(biāo)之間的變換關(guān)系式如下： 黎春：螺桿壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)仿真 10 a) 動(dòng)坐標(biāo)系 111 yxo 與靜坐標(biāo)系1.11 YXO的變換 1111111111 coss in s incos yx yx （ 2-2） b) 動(dòng)坐標(biāo)系 222 yxo 與靜坐標(biāo)系2.22 YXO的變換 1212212122 c o ss in s inc o s iyix iyix （ 2-3） c) 靜坐標(biāo)系1.11 YXO與靜坐標(biāo) 系2.22 YXO的變換 1221 A （ 2-4） d) 動(dòng)坐標(biāo)系 111 yxo 與動(dòng)坐標(biāo)系 222 yxo 的變換 112121112121 s inc o ss in c o ss inc o s Akykxy Akykxx （ 2-5） e) 動(dòng)坐標(biāo)系 222 yxo 與動(dòng)坐標(biāo)系 111 yxo 的變換 111122111112 s inc o ss in c o ss inc o s iAkykxy iAkykxx （ 2-6） 2.2.2 齒曲線及其共軛曲線 （ 1）齒曲線方程及其參數(shù)變換范圍 螺桿壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子型線通常由多段組成齒曲線相接而成。在設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)子型線時(shí)，通常先在陽(yáng)轉(zhuǎn)子或陰轉(zhuǎn)子上給定一些組成齒曲線，用如下的參數(shù)方程表示在相應(yīng)的轉(zhuǎn)子動(dòng)坐標(biāo)系中： )()(tyytxx eb ttt （ 2-7） 上式中，參數(shù) t 的始點(diǎn)bt和終點(diǎn)et決定了此組成曲線的起點(diǎn) b 和終點(diǎn) e 的坐標(biāo)),( bb yx 和 ),( ee yx 。 （ 2）齒曲線的共軛曲線方程 華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 轉(zhuǎn)子組成齒曲線的共軛曲線，是指另一個(gè)轉(zhuǎn)子上與所選定的組成齒曲線相嚙合的曲線段，現(xiàn)假定已在陰轉(zhuǎn)子上給定了一段組成齒曲線 2為 )()(2222 tyy txx （ 2-8） 1）求出陰轉(zhuǎn)子上組成齒曲線相對(duì)于陽(yáng)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)時(shí)的曲線簇方程 將方程（ 2-8）代入坐標(biāo)變換式（ 2-5），得 ),(),(111111 tyy txx （ 2-9） 2）找出曲線簇的包絡(luò)條件 把包絡(luò)條件的顯函數(shù)形式 )(11 t 代 入曲線簇方程（ 9），就是曲線簇的包絡(luò)線方程，即 )(,()(,(111111 ttyy ttxx （ 2-10） 此包絡(luò)線上任一點(diǎn)的切線斜率可微分上式，得 dttxtxdttytydxdy1111111111 （ 2-11） 與包絡(luò)線共切于該點(diǎn)的曲線簇中的一條曲線（ 1為常數(shù)），其斜率為 txtydxdy1111 （ 2-12） 由于是公切線，這兩切線的斜率應(yīng)該相等，令式（ 2-11）與式（ 2-12）右邊相等，整理得 0111111 tyxytx （ 2-13） 或 0111111ytyxtx （ 2-14） 同樣，若假定在陽(yáng)轉(zhuǎn)子上給定了一段組成齒曲線 1，即 黎春：螺桿壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)仿真 12 )()(2222 tyy txx （ 2-15） 將曲線 1 的方程（ 2-15）代入動(dòng)坐標(biāo)變換式（ 2-6），得到曲線簇的方程為 ),(),(122122 tyy txx （ 2-16） 經(jīng)類 似的推演，可得其包絡(luò)條件為 0122122ytyxtx （ 2-17） 3）求共軛曲線方程 若已在陰轉(zhuǎn)子上給定了一段組成曲線的 2 為 )()(2222 tyy txx （ 2-18） 則其共軛曲線方程，可用方程（ 2-10）及補(bǔ)充條件聯(lián)立表示，即 0),(),(),(1111111tftyytxx （ 2-19） 同樣，若已在陽(yáng)轉(zhuǎn)子上給定了一段曲線 1 為 ),(),(122122 tt 則其共軛曲線方程，可用方程（ 2-16）及補(bǔ)充條件聯(lián)立表示，即 0),(),(),(1122122tftyytxx （ 2-20） 4）共軛曲線的嚙合線方程 共軛曲線的嚙合線方程一般可表示為 華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 0),(),(),(1122122tftt （ 2-21） 2.3 單邊不對(duì)稱擺線 -銷齒圓弧型線 本設(shè)計(jì)采用我國(guó)規(guī)定的螺桿壓縮機(jī)標(biāo)準(zhǔn)的單邊不對(duì)稱擺線 -銷齒圓弧型線。如圖 5所示。其組成齒曲線和相應(yīng)的嚙合線見(jiàn)附表 1。 圖 5 單邊不對(duì)稱擺線 -銷齒圓弧型線 a）型線 b）嚙合線 這種單邊不對(duì)稱擺線 -銷齒圓弧型線與原始不對(duì)稱型線的主要區(qū)別在于： 采用徑向直線 AB及 DE倒棱修正，去 除了原始不對(duì)稱型線外圓上的擺線形成點(diǎn)，并使擺線 IJ 的形成點(diǎn)向內(nèi)移動(dòng)。另外，將圓弧齒曲線擴(kuò)大一角度，形成保護(hù)角，使擺線CD的形成點(diǎn) I處于陽(yáng)轉(zhuǎn)子外圓之內(nèi)，保護(hù)了對(duì)嚙合性能很敏感的擺線形成點(diǎn)。修正后，便于轉(zhuǎn)子在加工、安裝、運(yùn)行及儲(chǔ)運(yùn)中保護(hù)擺線形成點(diǎn)。但使接觸線頂點(diǎn)與轉(zhuǎn)子齒頂圓交點(diǎn)之距離略有增大，使通過(guò)泄漏三角形的泄漏量增加。為此，通常限制直線段 DE 的長(zhǎng)度在 0.5-2mm 的允許范圍之內(nèi)。處在低壓側(cè)的直線段 AB的長(zhǎng)度，由于不影響氣密性，通常從制造工藝出發(fā)，使其與圓弧 BC光滑過(guò)度。 現(xiàn)在推導(dǎo)各段齒曲線方程、嚙合線方程 及相應(yīng)的參數(shù)變化范圍。 1） AB與 GH AB 方程 陰轉(zhuǎn)子上的 AB為一徑向直線，其方程為 : 122122 sincos yx （ 2-22） 參數(shù) 2 的變化范圍為 tB RR 222 （ 2-23） 黎春：螺桿壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)仿真 14 由三角形 O2BP,有 2222 RR tB （ 2-24） tRR21arcsin （ 2-25） 即 2122 ZZ AZR t （ 2-26） 式中 ,Z2、 Z1分別為陰、陽(yáng)轉(zhuǎn)子齒數(shù)， R為齒高半徑，在標(biāo)準(zhǔn)中，規(guī)定 R=25.625%A。 GH方程 陽(yáng)轉(zhuǎn)子上的 GH為陰轉(zhuǎn)子上徑向直線 AB的共軛曲線，將 AB的方程（ 2-22）代入（ 2-5），得曲線簇方程為 1112111121 s in)s in ( c o s)c o s ( Aky Akx （ 2-27） 故有 )c o s (1121 kx 111211 s in)s in ( Akkx )s in (1121 ky 111211 c o s)c o s ( Akky 將上述諸式代入 包 絡(luò)條件式（ 2-14），可得位置參數(shù)與曲線參數(shù)的關(guān)系為 iAk /)(a rc c o s 121 （ 2-28） 聯(lián)立（ 2-27）和（ 2-28）可得到 GH的方程，可發(fā)現(xiàn) GH的性質(zhì)是一擺線。 嚙合線方程 AB 和 GH 嚙合時(shí)的嚙合線方程，可按式（ 2-21），通過(guò)把 AB 的方程（ 2-22）代入坐標(biāo)變換式（ 2-3），并與包絡(luò)條件式（ 2-28）聯(lián)立得到，即 華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 iAkiiX/)(a rc c o s)s in ()c o s (12111221122 （ 2-29） BC與 HI BC方程 陰轉(zhuǎn)子上的曲線 BC 為一圓心在節(jié)點(diǎn) P，半徑為 R 的圓弧，又稱銷齒圓弧，其方程為 tRytRRx tsincos222 （ 2-30） 參數(shù) t為 21 ata （ 2-31） 由直角三角形 O2BP，有 12 2 1 為保護(hù)角，通常為 5 -10，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為 5。 HI方程 陽(yáng)轉(zhuǎn)子上的曲線 HI 是陰轉(zhuǎn)子上銷齒圓弧 BC 的共軛曲線，將 BC 的方程（ 2-30）代入坐標(biāo)變換式（ 2-5），得曲線簇方程為 1112111121 s in)s in (s in cos)c o s (cos AtkRkRy AtkRkRxtt （ 2-32） 故有 )sin(11 tkRtx 111211 s in)s in (s in AtkkRkkRxt )c o s (11 tkRty 111211 c o s)c o s (c o s AtkkRkkRyt 將上述諸式代入包絡(luò)條件式（ 2-14），可得包絡(luò)條件為 0)s in (s in122 tiRtR tt 黎春：螺桿壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)仿真 16 即 01 （ 2-33） 由此可見(jiàn)， BC 與 HI 僅在 01 的位置嚙合，而且是整條曲線同時(shí)嚙合。把式（ 2-33）代入式（ 2-32），得到簡(jiǎn)化后的 HI 方程為 tRytRRAx ts inc o s)(121 （ 2-34） 銷 齒圓弧的共軛曲線仍是一完全的銷齒圓弧，兩曲線僅在 01 的瞬時(shí)嚙合，而且是沿著整個(gè)圓弧段同時(shí)嚙合。 嚙合線方程 把 BC 方程（ 2-30），代入坐標(biāo)變換式（ 2-3），并與包絡(luò)條件（ 2-33）聯(lián)立，得到嚙合線方程為 tRtRR tsinco s222 （ 2-35） 式（ 2-35）表明，銷齒圓弧的嚙合線是與銷齒圓弧一樣的圓弧。 2） I點(diǎn)與 CD I點(diǎn)方程 陽(yáng)轉(zhuǎn)子上的 I 點(diǎn)為一固定點(diǎn)，在 111 yxo 坐標(biāo)系中的 111111 sincos by bx （ 2-36） 而由三角形 O1IP 可知： 112121 c o s2 tt RRRRb 111 sinarc s in bR CD方程 陰轉(zhuǎn)子上的 CD 曲線是與陽(yáng)轉(zhuǎn)子上 I 點(diǎn)共軛的曲線，將 I 點(diǎn)的方程（ 2-36）代入坐標(biāo)變換式（ 2-6），得 )s in (s in)c o s (c o s1111211112 kbiAy kbiAx （ 2-37） 參數(shù)變化范圍為 DC 111 （ 2-38） 華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 陰轉(zhuǎn)子 CD 曲線上任一點(diǎn)距陰轉(zhuǎn)子中心 O2 的距離可用下式表示： 2222 yx （ 2-39） 將式（ 2-37）代入式（ 2-39），整理得 )co s (2 1112122 AbbA 即 1221211 2a r c c o s AbbA （ 2-40） 故 1221211 2a r c c o s AbbA CC （ 2-41） 1221211 2a r c c o s AbbA DD （ 2-42） 其中 12222 c o s2 ttC RRRR （ 2-43） eRtD 2 其中 e 稱為徑向直線修正長(zhǎng)度，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為 e=0.625%A。 嚙合線方程 將 I 點(diǎn)方程（ 2-36）代入坐標(biāo)變換式（ 2-2），并考慮到包絡(luò)條件自然滿足，得到嚙合線方程為 )s in()c o s (11111111 bb （ 2-44） 其參數(shù)變化范圍仍由式（ 2-38）確定。 I 點(diǎn)與其共軛曲線 CD 嚙合時(shí)，其嚙合線就是以陽(yáng)轉(zhuǎn)子中心 O1 為圓心，以 I 點(diǎn)到 O1的距離 b1 為半徑的圓弧，即 I 點(diǎn)在靜坐標(biāo)系中的運(yùn)動(dòng)軌跡。 D 點(diǎn)與 IJ D點(diǎn)方程 陰轉(zhuǎn)子上的 D 點(diǎn)為一固定點(diǎn)，在 O2x2y2 坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為 222222 s in)( cos)( eRy eRxtt （ 2-45） 其中 ， DDxyarcsin2 由曲線 CD 方程（ 2-37），有 黎春：螺桿壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)仿真 18 )s in (s in)c o s (c o s11111111DDDDDD kbiAy kbiAx （ 2-46） 式中 D1 由式（ 2-42）確定。 IJ方程 將 D 點(diǎn)的方程（ 2-45）代入坐標(biāo)變換式（ 2-5），即得 IJ 方程為 )s in ()(s in)c o s ()(c o s1221112211 keRAy keRAxtt （ 2-47） 參數(shù)變化范圍為 JI 111 （ 2-48） 陰轉(zhuǎn)子 IJ 曲線上任有點(diǎn)距陽(yáng)轉(zhuǎn)子中心 O1 的距離可用下式表示： 21212 yx （ 2-49） 將式（ 2-47）代入（ 2-49）中，得 )c o s ()(2)(1222222 ieRAeRA tt 即 ieRAeRAtt /)(2 )(a r c c o s2222221 （ 2-50） ieRAeRAtItI /)(2 )(a r c c o s2222221 （ -51） ieRAeRAtJtJ /)(2 )(a r c c o s2222221 （ -52） 其中 112121 c o s2 ttI RRRRb J方程 在直角三角形 O2DP 中， ttR eR223cos （ 2-53） 在直角三角形 O1O2J 中， 32222 c o s)(2)( eAReRA ttJ （ 2-54） 華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 嚙合線方程 將 D 點(diǎn)方程（ 2-45）代入坐標(biāo)變換式（ 2-3）中，并考慮到包絡(luò)條件自然滿足，得到嚙合線方程為 )s in ()()c o s ()(12221222 ieR ieRtt （ 2-55） 其參數(shù)變化范圍仍由式（ 2-48）確定。 其嚙合先就是 D 點(diǎn)在靜坐標(biāo)系中的軌跡，即以 O2 為圓心，以 D 點(diǎn)到 O2 的距離為半徑的圓弧。 5） DE與 JK DE方程 陰轉(zhuǎn)子上的 DE 為一徑向直線，其方程為 222222 sincos yx （ 2-56） 參數(shù) 2 的變化范圍為 tt ReR 222 )( （ 2-57） JK方程 將 DE 的方程（ 2-56）代入坐標(biāo)變換式（ 2-5），得曲線簇方程為 )s in (s in)c o s (c o s1221112211 kAy kAx （ 2-58） 故有 )c o s (1221 kx )c o s (s in122111 kkAx )s in(1221 ky )c o s (c o s122111 kkAy 將上述諸式代入包絡(luò)條件式（ 2-14），得到曲線參數(shù) 2 與轉(zhuǎn) 角參數(shù) 1 的關(guān)系為 iAk /)a rc c o s( 221 （ 2-59） 黎春：螺桿壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)仿真 20 其參數(shù)變化范圍由式（ 2-57）確定，式（ 2-58）表明 JK 的性質(zhì)是一擺線。 嚙合線方程 把 DE 的方程（ 2-56）代入坐標(biāo)變換式（ 2-3），并與包絡(luò)條件式（ 2-59）聯(lián)立，即得到其嚙合線方程為 iAkii/)a rc c o s()s in ()c o s (22112221222 （ 2-60） 其參數(shù)變化范圍由式（ 2-57）確定。 6） EF與 KL EF方程 陰轉(zhuǎn)子上 EF 曲線為一圓心在 O2，半徑為 R2 t的圓弧，其方程為 tRytRxtt sincos2222 （ 2-61） 參數(shù) t 和變化范圍為 1222 zt （ 2-62） KL方程 將 EF 的方程（ 2-61）代入坐標(biāo)變換式（ 2-5），得 11211121 s in)s in ( c o s)c o s ( AtkRy AtkRxtt （ 2-63） 故有 )s in (121 tkRtxt 11211 s in)c o s ( AtkkRxt )c o s (1211 tkRyt 11211 c o s)s in ( AtkkRyt 將上述諸式代入包絡(luò)條件式（ 2-14），可得包絡(luò)條件為 華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 it /1 （ 2-64） 把式（ 2-64）代入式（ 62-3），整理后得 )/sin()/cos(1111 itRy itRxtt （ 2-65） 其參數(shù)變化范圍仍由式（ 2-62）確定。從式（ 2-65）可以看出， KL 是圓心在 O1，半徑為 R1 t 的圓弧，這說(shuō)明節(jié)圓圓弧的共軛曲線仍為節(jié)圓圓弧。 嚙合線方程 把 EF 的方程（ 2-61）代入坐標(biāo)變換式（ 2-3），得 02 22 tR （ 2-66） 上式表明節(jié)圓圓弧的嚙合線為一固定點(diǎn)，即節(jié)點(diǎn) p。 3 雙螺桿空氣壓縮機(jī) 螺桿尺寸的確定 雙螺桿壓縮機(jī)螺桿尺寸按以下的關(guān)系式確定： 陽(yáng)轉(zhuǎn)子節(jié)圓直徑 d1=D1/（ 1+h1 ） =68mm 陰轉(zhuǎn)子節(jié)圓直徑 d2=d1/（ z2/z1） =102mm 陽(yáng)轉(zhuǎn)子根圓直徑 Di1=d1/（ 1-h2 ） 陰轉(zhuǎn)子頂圓直徑 De2=d1/（ i+h2 ） 陰轉(zhuǎn)子根圓直徑 Di2=d1/（ i-h1 ） 轉(zhuǎn)子螺桿長(zhǎng)度 135mm=L=（ L/De1） De1 中心距 A=0.5（ d1+d2） =85mm 陰轉(zhuǎn)子扭轉(zhuǎn)角 2= 1/i 陽(yáng)轉(zhuǎn)子的導(dǎo)程 b1=360 L/ 1 陰轉(zhuǎn)子的導(dǎo)程 b2=360 L/ 2 陽(yáng)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速（ r/min） n1=60u1/3.14D1 陰轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速（ r/min） n2=n1/i 節(jié)圓螺旋角 =arctg（ b1/2 r1） = arctg（ b2/2 r2） 本設(shè)計(jì)中壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子螺桿部分的幾何尺寸選用標(biāo)準(zhǔn)系列。 取陽(yáng)轉(zhuǎn)子圓周速度 u1=10m/s，則 陽(yáng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 n1=60u1/(3.14D1)=60 10/(3.14 0.102)=1873.3608r/min. 陰轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 n2=n1/i=1873.3608/(0.6667)= 2809.9007 r/min. 2.4 齒間面積和面積利用系數(shù) 2.4.1 齒間面積 陰、陽(yáng)轉(zhuǎn)子的齒間面積是螺桿壓縮機(jī)的重要幾何性質(zhì)之一，在對(duì)轉(zhuǎn)子型線的各段組成齒曲線建立方程逐個(gè)確定其參數(shù)變化范圍后，可利用解析法求得轉(zhuǎn)子的齒間面積。 陰、陽(yáng)轉(zhuǎn)子齒間面積系由多段光滑曲線及齒頂圓弧首尾相接圍成的，故其面積的一黎春：螺桿壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)仿真 22 般表達(dá)式為： dtyxxyAiitt iiiii 11 21 （ 2-67） （ 1）陰轉(zhuǎn)子齒間面積 陰轉(zhuǎn)子齒間面積 A02 為： dtyxxyAiitt iiiii 12222102 21 =669.0188（ mm2） （ 2-68） （ 2） 陽(yáng)轉(zhuǎn)子齒間面積 陽(yáng)轉(zhuǎn)子齒間面積 A01 為： dtyxxyAiitt iiiii 11111101 21 =552.4108（ mm2） （ 2-69） 02010 AAA =1221.4296(mm4) 2.4.2 面積利用系數(shù) 螺桿壓縮機(jī)的面積利用系數(shù)，表征轉(zhuǎn)子直徑范圍內(nèi)總面積的利用程度。其定義式為： 2102011 /)( DAAZC （ 2-70） 查表 23-11，得單邊對(duì)稱擺線 -銷齒 圓弧型線的面積利用系數(shù)C=0.4696。 2.5 齒間容積及其變化過(guò)程 2.5.1 齒間容積 一般若轉(zhuǎn)子的齒間面積為 A、有效工作段長(zhǎng)度為 L，則齒間容積 V 為 L L ALA d zdVV0 0 （ 2-71） 由上式，可得陰、陽(yáng)轉(zhuǎn)子的齒間容積 V02、 V01分別為 )(100317.91350188.669 340202 mmLAV （ 2-72） )(104575.71354108.552 340101 mmLAV （ 2-73） )(106489.1 3502010 mmLALAV （ 2-74） 華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 2.5.2 齒間容積的變化 螺桿壓縮機(jī)工作時(shí)，陰、陽(yáng)轉(zhuǎn)子的齒間容積因彼此侵占而減小，從而實(shí)現(xiàn)壓縮氣體的目的。用端面齒間面積的變化來(lái)描述容積的變化，可以使復(fù)雜的空間問(wèn)題轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單的平面問(wèn)題。 如圖 6 所示，當(dāng)陰轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到齒 1 ，即將侵占陽(yáng)轉(zhuǎn)子齒 1 后的齒間面積 A01位置時(shí)，即為壓縮開(kāi)始點(diǎn)，也是齒間容積減少的起點(diǎn)。規(guī)定處于這一位置的陽(yáng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角為零，即 1=0。此后，陽(yáng)轉(zhuǎn)子齒 1 后的齒間面積就因陰轉(zhuǎn)子齒 1的侵入而由最大值 A01 逐漸減少。 圖 6 基元容積開(kāi)始減少時(shí)的轉(zhuǎn)子位置 從壓縮過(guò)程開(kāi)始點(diǎn) 起，根據(jù)轉(zhuǎn)子型線方程或型線坐標(biāo)點(diǎn)，應(yīng)用解析法、數(shù)值積分法或圖解積分法，可得到陽(yáng)轉(zhuǎn)子的齒間面積被陰轉(zhuǎn)子齒侵占的齒間面積 A0r 隨陽(yáng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角 1 的變化曲線，如圖 7（ a）所示。同理，可得到陰轉(zhuǎn)子 A2r 的齒間面積被陽(yáng)轉(zhuǎn)子齒侵占的齒間面積隨陽(yáng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角 1 的變化曲線，如圖 7（ b）所示。將兩圖疊加，得到圖 7（ c），它表示一對(duì)齒間面積 Ar 被侵占值轉(zhuǎn)角 1 的關(guān)系。 圖 7 齒間面積侵占圖 a）陽(yáng)轉(zhuǎn)子齒間面積被侵占圖 b）陰轉(zhuǎn)子齒間面積被侵占圖 c）一對(duì)齒間面積被侵占圖 圖 7 中， 1z為陽(yáng)轉(zhuǎn)子扭轉(zhuǎn)角， 1z=300 ，螺旋角 =0.6781，而 2 4 8 1.2426 7 8 1.0/2 11 Zk （ 2-75） 齒間容積減少的數(shù)值可用 Ar- 1 曲線下的面積求得，即 黎春：螺桿壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)仿真 24 dAbVVrrr 1011 )(2)( （ 2-76） 由式（ 2-75）可得到齒面間容積對(duì)的容積減少值與轉(zhuǎn)角 1 的關(guān)系曲線，如圖所示。 可分三個(gè)階段： 第階段 （ 011k）： 該階段結(jié)束時(shí)齒間容積減少值為 V1k=T1/（ 2） S0 第階段（ 1k 11z）：該階段容積減少值為 )(2)(2 1101012 11 kr AbdAbV k （ 2-77） 該階段結(jié)束時(shí)，齒間容積總的減少值為 )(2 110012 kzz ASbV （ 2-78） 第階段（ 1z 1 1z+ 1k）：該階段容積減少值為 013 2 SbVkz 。顯然有關(guān)系式 0011001321 )(2 VSASbVVVkzkzzk （ 2-79） 從上述分析看出，螺桿壓縮機(jī)的陰、陽(yáng)轉(zhuǎn)子齒從開(kāi)始嚙合到解脫嚙合期間，位于接觸線一側(cè)的齒間容積從最大值減少到零，完成壓縮和排氣過(guò)程。同時(shí)，位于接觸線另一側(cè)的齒間容積卻從零擴(kuò)大到最大值，完成了吸氣過(guò)程 。 2.6 雙螺桿壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 由于空氣壓縮機(jī)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)非常激烈，因此空氣壓縮機(jī)多被設(shè)計(jì)為系列化、標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)品，以便大批量、低成本地生產(chǎn)和銷售。另外，由于壓縮空氣的用途非常廣泛，要求空氣壓縮機(jī)的運(yùn)行和維護(hù)盡量簡(jiǎn)單，以便使非專業(yè)技術(shù)人員也能夠正確操作。 噴油螺桿空氣壓縮機(jī)的機(jī)體不設(shè)冷卻水套，轉(zhuǎn)子為內(nèi)部不需冷卻的整體結(jié)構(gòu)，壓縮氣體所產(chǎn)生的徑向力和軸向力都由滾動(dòng)軸承來(lái)承受。排氣端的轉(zhuǎn)子工作段與軸承之間有一個(gè)簡(jiǎn)單的軸封，通過(guò)在機(jī)殼或軸上開(kāi)出凹槽，并向里邊供入一定壓力的密封油，即可很好地起到密封的作用。 2.7 雙 螺桿壓縮機(jī)的吸、排氣孔口設(shè)計(jì) 2.7.1 吸氣孔口 壓縮機(jī)吸氣孔口的合理位置和形狀，是實(shí)現(xiàn)氣體壓縮過(guò)程的必備條件，也是實(shí)現(xiàn)壓華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 縮機(jī)效率的一個(gè)重要因素。為此，在設(shè)計(jì)吸氣孔口時(shí)應(yīng)該滿足一系列的要求： 吸氣孔口應(yīng)盡量減少吸氣封閉容積的影響。 吸氣孔口的位置應(yīng)能保證齒間容積獲得最大程度的充氣，以提高機(jī)器的容積利用率。 氣體在吸氣孔口處及齒間容積內(nèi)的流動(dòng)損失要小。即力求孔口面積盡能地大、氣流通道截面變化平滑 。 2.7.2 軸向吸氣孔口 （ 1） 吸氣開(kāi)始角 目前廣泛使用的不對(duì)稱型線，當(dāng)陰轉(zhuǎn)子齒轉(zhuǎn)過(guò)兩轉(zhuǎn)子的齒頂圓交點(diǎn)，并與陽(yáng)轉(zhuǎn)子 進(jìn)入嚙合后，在接觸線的一側(cè)，轉(zhuǎn)子的齒間容積將逐步減少。在接觸線的另一側(cè)，轉(zhuǎn)子的齒間容積將從零開(kāi)始擴(kuò)大 ,產(chǎn)生大小不同的吸入封閉容積。 當(dāng)陽(yáng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)兩轉(zhuǎn)子的中心線后，處于壓縮過(guò)程的容積不再與吸氣端面連通，從此位置開(kāi)始，即可布置吸氣孔口。吸氣孔口不應(yīng)處于嚙合線范圍內(nèi)，為使齒間容積盡早開(kāi)始吸氣過(guò)程，吸氣孔口應(yīng)盡量靠近兩轉(zhuǎn)子的中心連線，即陽(yáng)轉(zhuǎn)子的吸氣開(kāi)始角應(yīng)為 。 （ 2） 吸氣結(jié)束角 吸氣孔口的位置應(yīng)能保證齒間容積獲得最大程度的充氣。陽(yáng)轉(zhuǎn)子的軸向吸氣角 1s由下式確定： 1z=3 /2 =0.6781 6681.4)/11(22111 Zks （ 2-80） 5 6 5 2.0)/11(2/2/ 11 Zz （ 2-81） 陰轉(zhuǎn)子軸向吸氣角 2s為 1587.4/2212 Zi ss （ 2-82） 考慮到實(shí)際氣體流動(dòng)滯后的因素，可適當(dāng)選取比式（ 2-82）計(jì)算結(jié)果大的數(shù)值，故取 2s = 4.20000。 1. 徑向吸氣孔口 為了盡可能擴(kuò)大吸氣孔口的通流面積，在開(kāi)設(shè)軸向吸氣孔口的同時(shí)，還將機(jī)體沿軸向挖空作為徑向吸氣孔口。 本設(shè)計(jì)采用混合吸氣孔口，即在純軸向吸氣孔口的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步將機(jī)殼應(yīng)上該開(kāi)徑向吸氣 孔口的位置挖 10mm。 2.7.3 軸向排氣孔口 （ 1） 排氣開(kāi)始角 對(duì)所要求的內(nèi)容積比，必有一個(gè)對(duì)應(yīng)的排氣孔口。陽(yáng)轉(zhuǎn)子排氣角 1d為： 黎春：螺桿壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)仿真 26 9572.2111 czd 相應(yīng)的陰轉(zhuǎn)子排氣角度，可根據(jù)陰、陽(yáng)轉(zhuǎn)子齒間容積同時(shí)排氣的原則由下式計(jì)算： 0192.3/2212 Zidd （ 2-83） （ 2）排氣結(jié)束角 為了防止處于排氣壓力的氣體流回處于吸氣壓力的齒間容積，排氣孔口應(yīng)處于嚙合線范圍之內(nèi)。另外，為了使齒間容積內(nèi)的氣體能夠被完全排出，排氣孔口又應(yīng)盡量靠近兩轉(zhuǎn)子的中心連線。為了降低 噪聲，減少氣體流動(dòng)損失，以及考慮到制造工藝上的方便，將端面排氣孔口嚙合線頂點(diǎn)處的尖點(diǎn)削平。取適中的水平段長(zhǎng)度，以減少氣體泄漏。 圖 8 軸向排氣孔口的位置和形狀 如圖 9 所示，軸向排氣孔口型線為 1-2-3-4-5-6-7-8-1。需要指出的是，圖中曲 線段6-7， 1-2 分別取陰 .陽(yáng)轉(zhuǎn)子齒間容積前方齒的背段型線，曲線段 3-4-5 應(yīng)取型線的高壓側(cè)嚙合線形狀，曲線段 5-6， 2-3 分別為陰陽(yáng)轉(zhuǎn)子型線的齒根圓周，但通常將機(jī)體的這一部分挖空。 2.7.4 徑向排氣孔口 為了降低排氣流速，在開(kāi)設(shè)軸向排氣孔口的同時(shí)，還將機(jī)體沿軸向挖空作為徑向排氣孔口，其挖切方法與徑向吸氣孔口類同。 本設(shè)計(jì)采用混合排氣孔口，以得到最大的通流面積，從而使壓力損失達(dá)到最小，而且在排氣的情況下，氣體隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)受到的離心力對(duì)氣體排向徑向排氣孔口是有利的。 華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 27 圖 9 徑向排氣孔口的 位置與形狀 為了降低排氣流速，在開(kāi)設(shè)軸向排氣孔口的同時(shí)，還將機(jī)體沿軸向挖空作為徑向排氣孔口，其挖空的方法與徑向吸氣孔口相同。如圖 10 所示，徑向排氣孔口的形狀為1221 BBAA .應(yīng)該指出的是， 2121 BBAA 和 分別為排出端面上由點(diǎn) A、 B所引出的陰，陽(yáng)轉(zhuǎn)子的外圈螺旋線。 2.8 主要零部件設(shè)計(jì)和選材 2.8.1 機(jī)體 機(jī)體是螺桿壓縮機(jī)的主要部件。它由中間部分的氣缸及兩端的端蓋組成。端蓋內(nèi)置有軸封、軸承。 只要適當(dāng)安排轉(zhuǎn)子的螺旋旋向和機(jī)體上的吸排氣孔口，幾乎可 以在任何位置安排吸、排氣通道。對(duì)吸排氣通道的要求是平滑過(guò)度和流速低，以減少流動(dòng)損失。 吸氣端讓吸入氣體從低部進(jìn)入，沿徑向進(jìn)入機(jī)體。與吸氣類似，排氣設(shè)在機(jī)體的頂部，采用徑向排氣。 噴油螺桿壓縮機(jī)的機(jī)體采用單層壁結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)子包含在機(jī)體中，機(jī)體的外側(cè)即為大氣。為給進(jìn)氣和排氣留下氣體流動(dòng)的空間，機(jī)體需向外做必要的延伸。 機(jī)體材料為灰口鑄鐵，牌號(hào)為 HT200。 2.8.2 轉(zhuǎn)子 轉(zhuǎn)子是螺桿壓縮機(jī)的主要零件，由于轉(zhuǎn)子直徑較小，其結(jié)構(gòu)采用整體式。對(duì)螺旋狀工作段以外的部分，按通常的“轉(zhuǎn)軸”要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。 螺桿壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的毛坯常 為鍛件，采用球墨鑄鐵，其牌號(hào)為 QT600-3，既便于加工，又降低了成本。 2.8.3 軸承 在螺桿空氣壓縮機(jī)中，由于軸向力和徑向力都不大，故都采用滾動(dòng)軸承。 采用深溝球滾動(dòng)軸承，型號(hào)為 6006，既能承受軸向載荷，也能承受徑向載荷。 軸承采用脂潤(rùn)滑。 2.8.4 軸封 噴油螺桿空氣壓縮機(jī)都采用滾動(dòng)軸承，為了防止壓縮腔的氣體通過(guò)轉(zhuǎn)子軸向外泄漏，必須在排氣端的轉(zhuǎn)子工作段與軸承之間加一個(gè)軸封。在螺桿壓縮機(jī)正常工作時(shí)，吸入端的轉(zhuǎn)子工作段與軸承之間幾乎沒(méi)有壓差，所以，在吸氣端的轉(zhuǎn)子加工段與軸承之間，只用間隙密封就能滿足要求 ，沒(méi)有必要再提供密封油。在小型壓縮機(jī)中，通常采用簡(jiǎn)單的唇型密封。 黎春：螺桿壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)仿真 28 第三章 雙螺桿壓縮機(jī)的熱力學(xué)和功率計(jì)算 螺桿壓縮機(jī)的熱力學(xué)計(jì)算的目的，是為了求出在壓縮過(guò)程中壓力和溫度的變化，并由其結(jié)果算出機(jī)器所需要的功率。此外至少還必須近似地求出壓縮機(jī)的容積效率。 在螺桿壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算中，對(duì)于大部分所輸送的工質(zhì)的壓力和溫度變化與理想氣體相同。螺桿壓縮機(jī)齒槽內(nèi)的實(shí)際的熱力學(xué)過(guò)程十分復(fù)雜，在理論上還不能準(zhǔn)確地掌握的。因此，在熱力學(xué)計(jì)算上只能采用十分簡(jiǎn)化的模型，于是得出的結(jié)果只能近似地接近實(shí)際。 3.1 扭角系數(shù)及 內(nèi)壓比 3.1.1 扭角系數(shù) 1.扭角系數(shù)C為 max0VVC （ 3-1） 查表 23-12，得單邊不對(duì)稱擺線 -銷齒圓弧型線的扭角系數(shù)為 C =0.9905。 2.內(nèi)容積比V 它決定壓縮機(jī)的排氣孔口位置，其定義為 1 7 5 6.1104 0 2 6.1106 4 8 9.155m a x00 riV VVVVV （ 3-2） 氣體的壓縮過(guò)程終止于第階段，則 0011110ASCVVkczziV （ 3-3） )()1(00111 ASC kVzc （ 3-4） 做近似計(jì)算，氣體的壓縮過(guò)程終止于第階段，則 )(103729.1102214.12481.22121 333010 mmAS k （ 3-5） 將上式代入式（ 3-3）及式（ 3-4），得 華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 29 kczzVC111121 （ 3-6） kVzcC111 21)1( （ 3-7） 則 8657.12481.221)1756.1 9905.01(231 c （ 3-8） 3.1.2 內(nèi)壓力比 若壓縮氣體視為理想氣體，則內(nèi)壓力比可用下式近似計(jì)算： mvmtosti VVpp （ 3-9） 式中， pt = 0.8Mpa(表壓 )為內(nèi)壓縮終了的壓力；sp = 0.1Mpa(大氣壓 ),為吸氣終了壓力； Vt 為壓縮過(guò)程結(jié)束時(shí)的容積值； Vo 為吸氣過(guò)程結(jié)束時(shí)的容積值；V為壓縮機(jī)的內(nèi)容積比； m 為多方壓縮過(guò)程指數(shù)。將已知數(shù)據(jù)代入上式得： i=0.8/0.1=8 3.2 軸功率及絕熱效率 3.2.1 軸功率 （ 1） 指示功率 Pi Pi= 60/nW （ 3-10) W 為指示功， n 為壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速 ,n=3000r/min。 )(945.560/30001189.0 KWPi 軸功率 mish PP （ 3-11） m為機(jī)械效率，一般 m =0.90-0.98，取 m =0.96。 黎春：螺桿壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)仿真 30 )(193.696.0 945.5 KWP sh 3.2.2 絕熱效率 ad 螺桿壓縮機(jī)的絕熱效率 ad 反映了壓縮機(jī)能量利用的完善程度，其數(shù)值依機(jī)型和工況不同而有明顯的差別。據(jù)圖 23-50， Pd=0.8Mpa, 取絕熱效率 ad=0.78。 3.2.3 絕熱指示效率 i 8125.0madi （ 3-12） 3.3 電動(dòng)機(jī)功率 3.3.1 傳動(dòng)效率 采用增速齒輪傳動(dòng)，其傳動(dòng)效率 t=0.97-0.99，取 t=0.98。 3.3.2 電動(dòng)機(jī)功率 一般電動(dòng)機(jī)功率均滿足選配大于軸功率，電動(dòng)機(jī)動(dòng)余度為： d=1.05-1.15，取 d=1.10，電動(dòng)機(jī)功率 )(951.6 KWPPdishd （ 3-13） 3.3.3 電功率 本設(shè)計(jì)采用封閉式三相交流異步鼠籠式電動(dòng)機(jī)，其型號(hào)為 Y280S-2，電動(dòng)機(jī)軸直徑D=65mm 其轉(zhuǎn)速 n=3000r/min，其效率 d=0.915，則電能總消耗為： 90 6.6dimiE PP (KW) （ 3-14） 華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 31 第四章 雙螺桿壓縮機(jī)的 proe 主要零件圖、組裝圖和仿真圖 1.主要零件圖 （ 1） 陰螺桿，左旋，齒數(shù)為 6，螺桿長(zhǎng)度為 135mm，與陽(yáng)螺桿嚙合傳動(dòng)。 （ 2） 陽(yáng)螺桿，右旋，齒數(shù)為 4，螺桿長(zhǎng)度為 135mm,與陰螺桿嚙合傳 黎春：螺桿壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)仿真 32 （ 3）壓縮箱主體，內(nèi)側(cè)長(zhǎng) 137mm，寬 189.85mm，高 105.7mm,厚度 40mm (4)排氣蓋，底板塊剛好封住壓縮箱主體。 華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 33 （ 5）吸氣端蓋，底板與壓縮箱主體剛好封住。 （ 6）吸氣端封蓋。 黎春：螺桿壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)仿真 34 （ 7）滾動(dòng)軸承 1. （ 8）滾動(dòng)軸承 2. （ 9）排氣端封蓋 1. 華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 35 （ 10）排氣端封蓋 2. 2.組裝圖 （ 1）陰陽(yáng)螺桿嚙合傳動(dòng)圖 黎春：螺桿壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)仿真 36 （ 2） 總組裝圖覽 華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 37 3.仿真圖 （ 1） 陰陽(yáng)螺桿嚙合連接圖 （ 2）速度為常數(shù)時(shí)候的仿真曲線，加速度為 0，位置隨時(shí)間均勻變化。 黎春：螺桿壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)仿真 38 （ 3）速度為線性時(shí)候的仿真曲線，速度均勻變化，加速度為常數(shù)。 （ 4）速 度正弦函數(shù)變化，位置和加速度呈不規(guī)則變化。 華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 39 黎春：螺桿壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)仿真 40 中英文翻譯 The screw air compressor Screw air compressor is the injection of single stage double screw compressor, divided into single screw air compressor and screw air compressor, efficient use of belt drive, drive the host rotation of compressed air, through the oil for cooling the compressed air in the host, the host of air and oil discharge of the mixed gas after coarse, fine two channel separation, the compressed oil separated out in the air, finally get the clean compressed air. Cooler for cooling the compressed air and oil. With reliable performance, small vibration, low noise, convenient operation, few wearing parts, high efficiency is the biggest advantage of. Screw compressor is a new type compressor, air is compressed alveolar ridge volume change installed on the casing are mutually parallel rotor meshing and achieve. The rotor side in the case and it with precision internal rotation so that gas rotor slot between continuously cyclical changes in volume and along the rotor axis, by the suction side to the discharge side suction, compression, exhaust, complete three working process. Twin screw compressor is a double volume type rotary compressor, which is the main (Yang) side (Yin) with two rotor, composed of meshing pair, vice principal of rotor profile of external components of the element volume closed with the inner wall of the casing, shortage of twin screw is 40 cubic meters and above machine type to add gear, increase power consumption and prone to head lock； while the worm compressor is a uniaxial volume type rotary compressor, the meshing pair is composed of a worm wheel and two symmetrical layout, wall by the worm screw groove and the star wheel tooth surface and the casing form element volume closed, but the problem is the Star blade material has yet to be improved. The main performance parameters of screw type air compressor power, volume flow rate, pressure, exit temperature, discharge pressure and speed etc. And in the design of screw air compressor, rotor of a pair of mutually meshing is a very important parameter. Because the performance of the compressor is closely related with the. The Yin and Yang of screw compressor rotor can be regarded as a pair of mutually meshed helical gear, therefore, the Yin and Yang of screw compressor rotor profile, but also to meet the meshing law. Rotor tooth surface and the vertical axis of the rotor section called rotor profile. The rotor profile of screw compressor is divided into symmetric and asymmetric line profile, and unilateral and bilateral type line profile, tooth top center line on both sides of the line are identical, called the symmetric line. On the contrary, the tooth top center line on both sides of the line is not at the same time, called asymmetric line. Only one side has a line in the internal or external rotor pitch circle, called single line. Pitch circle, are stylish lines, called bilateral profile. Generally speaking, the development and design of new line directly affect the performance of screw air compressor, design of screw air compressor performance also depends on the type of line. Screw compressor is constantly engaged on the rotor output compressed gas, therefore the spindle speed variation, volume flow rate, the exhaust pressure of the compressor will be affected, so the spindle speed is a major factor affecting the performance of screw compressor. When the exhaust pressure increases, compressor power consumption also increases, power increases, the decrease of economic benefit, so it has significant effect on energy consumption and exhaust pressure of the compressor. At the same time, some test results show that the 華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 41 external environment temperature will influence the performance of screw compressor. China in different seasons and different regions of the temperature difference, air temperature and ambient temperature of compressor is different, this parameter will directly affect the performance of screw compressor. Therefore, the factors that influence the performance of screw compressor were analyzed, will have the very big help to use screw compressor. Screw compressor body is divided into two kinds, one kind is the belt transmission type, another kind is direct drive. Compressor belt transmission type which is suitable for 22KW power, is composed of 2 manufacturing according to the speed ratio of the belt pulley power via the belt transmission； direct drive type is the 1 coupling electric source and host together, worm compressor is directly driven by the worm rotation, while the double screw compressor is required add a gear in order to improve the speed of rotor. The working process of Twin Screw Compressors: motor through a coupling, gear or belt driven by two main rotor, rotor meshing with each other, the main rotor is directly driven by the auxiliary rotor to rotate together, inhaled air in relatively under the action of negative pressure, the peak, and the tooth groove under the agreement, the gas is transported compression, when the rotor meshing surface to and the casing exhaust port, the compressed gas discharge. The working process of screw compressor: motor with coupling or belt to power the worm shaft, driven by the worm gear worm star relative move in grooves, sealing element volume change, gas, transportation compression, when the design pressure, exhaust from the host shell triangle on the left and right symmetrical outlet to the oil and gas separator in the. The host for the housing of screw compressor is provided with a spray hole, depending on the pressure difference, in the process of oil spray to the compression chamber to cool the gas, compressed, the sealing parts gap, and to vibration, noise and lubricating effect Inhalation of dust in the air was blocking filter, in order to avoid premature wear and oil separator of compressor to be blocked, usually run 1000 hours or after a year, to replace the filter, dust, replace the time interval to shorten. Filter repair must stop, reduce stop time, recommended for the last new or cleaned standby filter. Clean filter steps are as follows: The 1 to the two end surface of a plane turns tap filter, with most heavy and dry sand. 2 with less than 0.28MPa of dry air and air blowing along the opposite direction, the nozzle and the folded paper less distance of 25 mm, and along the length direction, bottom blowing. Grease 3 element, should be dissolved with no foam detergent in warm water wash, the warm water immersion for 15 minutes at least element, and use clean water hose with wash, do not use heating method to accelerate drying, a filter can be washed 5 times, and then discarded reusable. The 4 filter is put in a check, such as thinning, pinhole or damaged should be abandoned. Cooler The cooler tube, outer surface should pay special attention to the decision to keep clean, otherwise it will reduce the cooling effect, should be working conditions, regular cleaning. Gas tank / oil and gas separator Gas tank / oil separator according to the pressure vessel manufacturing standards and acceptance, not arbitrarily modify. Safety valve 黎春：螺桿壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)仿真 42 Installed in the tank / oil and gas separator safety valve inspection at least once a year, adjust the safety valve should have professional and responsible, at least every three months to marathon a lever again, so that the valve opening and closing time, a safety valve to work properly. Test steps are as follows: 1 close the gas supply valve； 2 connected to water； The 3 starting unit； 4 observe the working pressure, slowly clockwise pressure regulating bolt, when the pressure reaches the set value, the safety valve does not open or up to the specified value before the open, it must be adjusted. The adjustment procedure is as follows: 1 remove the cap and seal； The 2 valve opening soon, loosen locknut and a positioning bolt half ring, valve open too late to loosen The nut about a circle and release the positioning bolts half circle. 3 repeat detection step, the safety valve set pressure value, still can not open, again adjustment. Motor overload relay The relay normally open contact, must be closed, when the current exceeds the rated value, cut off the motor power supply. The maintenance of screw compressor relative to the piston compressor is to lower the probability of a failure of many, but if use improper maintenance, the advantages of screw compressor is difficult to play. Many users began to use piston compressor screw air compressor, due to the maintenance of screw compressor does not understand, leading to frequent failure, causing the conflict between users and enterprises. So before using screw compressor to his use and maintenance instructions carefully read. Installation place, on the machines air ventilation, pressure station power supply cable and air switch specifications, water pressure and flow, exhaust pipe sizes have guidance. The instructions also principle and structure of the machine are described in detail, there are certain basic knowledge of mechanical and electrical personnel through carefully reading, can make correct judgement and treatment for common problems. There is a consumable part of screw compressor to the regular replacement of main lubricating oil, oil filter, air filter, oil filter, notable is replaced in the environment of different parts of the frequency also has the difference, so the screw compressor to daily use and inspection record. Transmission gear and belt drive In the transmission system of the air compressor, generally can be divided into direct transmission and belt drive, long-term since, two kinds of transmission way merits has been one of the focus of the debate. Direct drive screw air compressor refers to the spindle motor through a coupling and a gear to drive the rotor, direct drive which in fact is not the real meaning of. Direct drive on real significance is directly connected to motor and rotor (coaxial) and the speed. This is obviously a little. So that the direct drive no energy consumption point of view is wrong. Another way of drive for belt drive, the drive through the belt wheels of different diameters 華東交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 43 is allowed to change the rotating speed of the rotor. Belt drive system discussed below is a representative shall meet the following conditions of the automation system of the latest technology: Belt 1, each operating state of tension reached the optimal value 2, by avoiding the tension, greatly prolong the working life of the belt, while reducing the motor and rotor bearing load； 3, always make sure that the correct belt wheel is connected； 4, replacement of the belt is quite easy and fast, and do not need to adjust the original setting； 5, the belt drive system safe and trouble-free operation. The comparison of transmission 1 efficiency. Gear transmission efficiency can reach 98%99% excellent, belt drive design excellent under normal working conditions and efficiency reached 99%. The difference does not depend on the choice of drive mode, and depending on the manufacturers design and manufacturing level. 2 no-load power consumption For direct gear driving mode, no-load pressure generally maintained at more than 2.5bar, some even as high as 4bar, to ensure that the gear lubrication. The belt drive mode, theory of no-load pressure can be zero, because the rotor into the oil to lubricate the rotor and bearing. General for the sake of safety, the pressure maintained at about 0.5bar. Taking gear compressor a 160kW for example, 8000 hours per year, of which 15% (1200 hours) time for no-load, the machine every year than the same power air compressor belt drive more consumption of electricity (28800kwh no-load assuming two machine pressure is 2bar, the difference of the energy consumption of about 15%.), over the long term, this will be no small cost. 3 oil loss The actual users experienced all know, oil loss under the condition of the first victims will be the gear box. Belt drive system is not the existence of such security problems. 4 according to user requirements design working pressure The working pressure and manufacturers usually user requirements of the standard model of the pressure is not completely consistent. For example, the users requirements in accordance with the pressure of 10bar, after processing equipment, pipe length and different requirements of sealing, the pressure of air compressor may be 11 or 11.5bar. In this case, the general will install a rated pressure of 13bar e air compressor and in the field to the outlet pressure set for the required pressure. The exhaust volume will basically remain unchanged, because the ultimate working pressure is reduced, but did not increase the speed of rotor. The belt transmission design manufacturers on behalf of the modern technology simply change the belt pulley diameter and the pressure of work designed to be completely consistent with the requirements of users, so that users with a motor with a power which can get more air volume. For the wheel transmission, is not so easy. The installed 5 air compressor pressure change Sometimes because of technological conditions for the production of the user changes, the 黎春：螺桿壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)仿真 44 design pressure of air compressor of the original purchase may be too high or too low, will change, but for the compressor gear transmi