空調用渦旋式壓縮機結構設計【含CAD圖紙、說明書、UG三維模型】

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公司現有資產總額四十億元，資產負債率為20%。重慶望江工業(yè)有限公司有員工近四千人，有土地近一萬六千畝，有高精大型技術裝備三千多臺套。建立了以企業(yè)為主體、市場為導向、產學研相結合的產品研發(fā)體系，建有省級技術中心，聘請了12名國內知名專家為高級顧問。公司具有數字化的產品研發(fā)能力、綜合機械加工制造能力、理化計量檢測先進手段和完善的售后服務體系。正在向“中國合格評定國家認可委員會”申請檢測和校準實驗室能力認可，并正在申報國家級技術中心和博士后工作站。1.實習目的機械設計制造及自動化專業(yè)是涉及范圍很廣的專業(yè)，畢業(yè)實習是本科教學計劃中非常重要的一個教育環(huán)節(jié)，是學生在校學習期間理論聯(lián)系實際、增長實踐知識、培養(yǎng)自身實踐能力的重要手段和方法。通過此次在望江工業(yè)有限公司的實習，了解機械產品從設計到制造的生產工藝流程，以及在課堂中涉及到的刀具、模具、夾具、量具、輔具等在實際生產中的應用，并且能夠了解到企業(yè)的管理方式和人際交流的益處，還能了解本專業(yè)發(fā)展前沿和我們的從業(yè)目標，使機械設計制造及自動化專業(yè)的學生擁有成為能夠進行科學研究與解決工程實際問題具有較強的實踐動手能力和創(chuàng)新意識的高級應用型人才的憧憬和向往。通過一段時間的生產實習后，使自己具備足夠的實際應用技能的知識，應付即將到來的就業(yè)挑戰(zhàn)并保持強勁的競爭力。2.實習要求2.1明確實習任務，認真學習實習大綱，提高對實習的認識，做好思想準備；2.2認真完成實習內容，按規(guī)定記實習日記，撰寫實習報告，收集相關資料；2.3虛心向工人和技術人員學習，尊重知識，敬重他人，勤學好問。及時整理實習筆記、報告等。不斷提高分析問題、解決問題的能力；2.4自覺遵守學校、實習單位的有關規(guī)章制度，服從指導教師的領導，培養(yǎng)良好的風氣；2.5尊重知識產權，做好相關的保密工作；2.6安全生產。3.實習內容3.1機械加工實習 機械加工實習在32、21、22、23、25、27、35車間進行，這七個車間主要進行機械切削加工。 32車間主要是加工齒輪，擁有立式加工中心、龍門刨銑中心、龍門數控鏜銑床、數控主軸復合磨床等大型加工設備。員工們都專心致志的及其熟練的操作機床加工產品。車間內的一位老師一一為我們講解了機床的工作原理以及每個機床加工的產品的工藝及其用途。 21車間主要從事炮管的深孔加工，機床的床身都顯得很長，并且中部有個支架可固定支撐炮管，最初的坯料是一根根黑色鋼柱，在進行車外圓車端面鉆孔鏜孔之后就成了一根根銀白光亮的炮管。 22車間以大型環(huán)類零件加工為主，加工炮的小型零件、制動機等。其銑削能力較強，在實習過程中老師為我們講述了許多機床知識，零件旋轉刀具進給的是車床，刀具旋轉零件進給的是銑床。而車床銑床又分為立式臥式，各有不同。還介紹了如今很普遍的數控系統(tǒng)，日本的FANUC和德國的西門子。而由于FANUC系統(tǒng)的兼容性好，適應環(huán)境能力強，車間的數控設備多采用FANUC系統(tǒng)。 23車間主要加工汽車轉向件。該車間的加工方式很有特點，根據零件需要加工的部位選擇最有效率的加工手段，如在銑削零件端面時采用雙排銑同時銑削出兩個平行的平面，鉆孔時采用雙軸鉆孔，能同時加工出兩個軸線平行的孔。隨著一道道工序的進行，零件的一次次轉移，從毛坯到成品包裝，車間內形成一條生產線。 25車間主要從事齒輪及花鍵軸的加工。在車間里我們認識了立式拉床，主要用于加工內孔，其加工精度可達2到5絲，定位精度可達6級，但是其刀具成本太高，因此適合民用大批量生產。還有大型的滾齒機床，在其旋轉的圓形工作臺上我們只看見一片扇形零件，理論上而言，同時裝上兩個扇形零件加工會更加有效率，正在迷惑時帶隊老師解釋到正在進行的是精加工，為了讓刀具得到冷卻時間保證加工精度就只能一次加工一個零件，如果的粗加工就可以同時加工兩個零件。在25車間我們親眼目睹了齒輪的加工過程以及加工好的各種零件，并且了解了多種零件的加工工藝。 27車間屬于精密加工車間，加工的零件精度高。車間內含有多種車床銑床、磨床以及加工中心，還有加工三棱形孔軸的設備。在炮的連接中，三棱形孔軸配合擁有高精度高耐久性的特點，在擊發(fā)炮彈的過程中便不會過快的失效。 35車間是公司的工裝制造車間，主要加工刀具、夾具、量具、模具和輔具，主要采用磨削加工，加工精度很高。車間擁有鉆頭刃磨床、拉刀刃磨床、工具曲線磨床等多種磨床。 在這些車間內實習時看到師傅們老練的操作看起來很復雜的機床，并且時不時看到有的工人向前輩虛心請教，而我們卻只知道理論，這讓我們明白了理論實際結合和人際交往團隊合作的重要性，我相信只要我們有著校長說的“望江自強不息”的精神和虛心的向前輩學習心態(tài)定會成為可用之才。3.2風電車間的實習 公司的風電車間主要從事風電齒輪箱的裝配工作。里邊的零件都按照裝配順序井然有序的擺放著，老師說這樣排序可以有效提高裝配效率，風電齒輪箱的每一個零件都非常有分量，即使是看起來很小的零件。雖然帶隊老師說在這個車間做事技術要求不是很高，但是需要豐富的裝配經驗才能完成裝配任務。最后老師帶著自豪的表情為我們介紹了公司自主研發(fā)的5兆瓦風電齒輪箱，驚嘆箱體的龐大之余也贊嘆其工藝之繁雜，也意識到我們所學的還遠遠趕不上我們所需的，我們要走的路還很長，要學的知識還很多。3.3焊接及沖壓的實習 公司的29車間是焊接車間，我們在此進行焊工實習。焊接就是用熱能或壓力，或兩者同時使用，并且用或不用填充材料，將兩個工件連接在一起的方法。車間內的焊接方式有點焊、氬弧焊、手弧焊和二氧化碳保護焊。老師提醒我們說電焊的電弧光含有大量的紫外線和紅外線以及強烈的可見光，我們不要直視弧光，否則容易灼傷我們的眼睛。在強調過安全之后，老師便帶領我們對焊接設備一一介紹，最先看到的是點焊機，點焊機的電流不大焊接時不會產生太高溫度以至于焊穿薄板，從而常用于薄板的焊接及搭接。其次為我們介紹了氬弧焊和二氧化碳保護焊，氬弧焊以氬氣當保護氣隔絕空氣，由于其是惰性氣體因此可適用于所有金屬的焊接，特別是活潑金屬。而二氧化碳保護焊的原理也不盡相同，但是其成本相對很低廉。 我們在15車間進行沖壓實習。15車間主要從事長安面包車門的沖壓制造。車間內有很多切割機床和沖壓機床都很有節(jié)奏的不停運轉著，工作人員也有節(jié)奏的向機床內送入板料，切割機切出小片板料沖壓機壓出成形的零件。沖壓機旁有很多形狀不同的模具，通過不同的模具就可以沖壓出不同的零件。沖壓工藝與模具、沖壓設備和沖壓材料構成沖壓加工的三要素，只有它們相互結合才能得出沖壓件。雖然對于沖壓和電焊我們并不陌生，但是沒有實際的動手經驗就看不出理論的缺陷，通過實習，我對電焊和沖壓的工作性質有了一定的理解并且鞏固了電焊和沖壓的知識。3.4熱處理及表面處理的實習公司的第16車間是熱處理車間。熱處理是將金屬或合金在固態(tài)狀態(tài)下不改變其形狀通過加熱處理、保溫、冷卻來改變其性能的一種加工手段。金屬熱處理是機械制造中的重要工藝之一，為使金屬工件具有所需要的力學性能、物理性能和化學性能，除合理選用材料和各種成形工藝外，熱處理工藝往往是必不可少的。車間的熱處理方式有毛坯熱處理、光坯熱處理、化學熱處理、高頻熱處理等。在實際中應用的最多的還得是正火和調質處理，根據不同的材料要求進行不同的熱處理得到最優(yōu)的材料性能。我們在公司的17車間進行表面處理的實習。17車間主要進行零件的表面的化學處理，在零件表面鍍鋅、銅、鉻等起到保護作用，在充滿刺激性氣味的廠房內有很多槽，鎳鹽封閉槽、水冷槽、黑色染色槽、瓷質氧化槽、鉻酸洗槽等等。通過實習，對材料的熱處理有了更加深刻的理解，也對表面處理有了一定的學習和認識。3.5 參觀國防知識教育中心重慶市國防知識教育中心位于江北區(qū)風景秀麗的鐵山坪國家森林公園，是望江機器制造總廠于1998年投資400多萬建成的集科研、生產、普及國防科技教育為一體的多功能中心，占地1000多畝，展出各種武器裝備100多種。該中心由五大部分組成：1、武器展示廳；2、多功能廳；3、廳前廣場有飛機、火炮、坦克；4、射擊體育場；5、餐飲、娛樂服務設施。建成4年來，共接待國防工業(yè)系統(tǒng)各專業(yè)學會、各基層科協(xié)、中小學生、社會公眾、學術交流等10萬多人，取得了良好的社會效益。為了加強國防教育，提高全民國防意識，充分發(fā)揮教育基地的作用，江北區(qū)人民武裝部與望江機器制造總廠協(xié)商，合辦國防知識教育中心，由人武部進一步提供國防教育的資料，并組織區(qū)內大、中、小學生和人民群眾到中心開展國防教育活動，增強全民國防觀念。該“中心”被中央宣傳部、國家科技部、教育部、中國科協(xié)聯(lián)合評審為“全國青少年科技教育基地”，被中國科學技術協(xié)會首批命名為“全國科普教育基地”。先后有黨和國家領導人劉華清、遲浩田、來金烈等先后到此參觀，劉華清副主席為本中心題詞“加強國防知識教育，培養(yǎng)國防科技人才”，軍委副主席遲浩田題詞“軍民結合、平戰(zhàn)結合”。4.總結經過一系列工種的磨練，我學到了很多東西，不是熟練的技術而是對于工作應該持有的態(tài)度。這段時間內，我們不斷的在寢室與車間中穿梭，雖然很累但是過的充實，持有這份態(tài)度對我們的事業(yè)將會有意想不到的收獲。在實習期間我學習的技術知識雖然不是很多，但通過這次實習讓我明白了我們需要學習掌握的技能還有很多。社會需要的是擁有動手能力的技術人才，而我們大學生相比技術工人只不過是“小學生”，唯有不斷學習不斷實踐，增長自己的實踐經驗才能保證在未來的社會競爭中有自己的位置。即使我們不能在實習期間完全地掌握所有工種的技術操作，但是最起碼我們了解了一些機械制造的一般工藝過程以及機械零件的常用加工方法。我很慶幸我們能夠有機會進行這樣的實習。畢業(yè)實習讓久在課堂的我們切身的感受到作為一名工人的苦與樂，同時檢驗了自己所學的知識。轉眼間實習就結束了。經過這段時間的實習,讓我真正體會到了工作和在學校生活的區(qū)別，在大學里面,我們是很自由的,休息時間很多，很容易顯得懶散。但是工作了就不一樣了，我們必須拿人錢財替人辦事，否則是得不到回報的。而且每年也只有很短假期了。所以說從學校到社會是一個大環(huán)境的轉變，身邊接觸的人也完全換了角色，老師變成老板，同學變成同事，相處之道完全不同。在這巨大的轉變中，我們可能彷徨，迷茫，無法馬上適應新的環(huán)境。我們剛進入工作崗位可能很多時候會覺得自己沒有受到領導重用，所做的事業(yè)沒發(fā)展前景，所干的只是一些無關緊要的雜活，面對那些工作經驗豐富的同事也許會顯得自卑，面對工作會有很大的壓力，但是，只要我們自強不息，虛心學習，多加實踐，積累經驗，我們便不會顯得那么不堪，我們便可以施展我們積累的知識和才華。在實習過程中我明白了做任何事不能單蠻干，不懂的地方就應該虛心討教，應注重團隊合作。人多力量大，團隊合作可以解決許多問題，現在的企業(yè)對員工都有那么一個要求，那便是團隊精神。任何一個廠都有一套嚴格緊密的生產體系，在體系中每個環(huán)節(jié)都是緊緊相扣，每個環(huán)節(jié)的工作人員都應該嚴格遵守規(guī)章制度，并且需要懂得團隊精神。我是學機械設計的，在書本上學過很多理論知識，似乎通俗易懂，覺得與實際工作沾不上邊，但等到真正需要用這些知識時，才會體會到我們所學的東西還是大有用處。我們學習書本知識似乎輕而易舉，以為自己學到的夠多了，然而當需要我們親自上陣時，才意識到自己能力的欠缺和知識的匱乏。實習期間，拓寬了我的視野，增長了我的見識，也讓我體驗到了社會競爭的殘酷。作為我在踏出社會之前的為數不多的幾次實踐中，這次的實踐的確給予了我很多。今后，我將以這次實習學到的認真工作的態(tài)度和虛心學習的精神不斷充實自己完善自我，努力使自己成為社會所需的技術型人才。9畢業(yè)設計（論文）開題報告 題 目 空調用渦旋式壓縮機結構設計 學 院 專 業(yè) 學 生 學 號 指導教師1、 選題目的與意義在現代社會，空調系統(tǒng)的應用正變得越來越廣泛。作為空調設備的核心部件，壓縮機的各項性能，如運行穩(wěn)定性、耐用性、噪聲、能耗等，都會成為其重要的考核指標。而渦旋式壓縮機相比其他壓縮機具備了噪聲低、運行平穩(wěn)、耐用、能耗低等諸多優(yōu)點很符合當今社會的低能耗高效率的要求，因此渦旋式壓縮機的研究對未來空調領域甚至是其他領域都有著重大深遠的意義。本課題以渦旋式空調壓縮機為研究對象，進行主要零件包括動渦盤、靜渦盤、支架體、偏心軸及防自轉機構的結構設計。通過本次設計鞏固所學知識拓展新知識，為以后可能的相關設計工作做準備，同時加深對產品創(chuàng)新性的重要性的認識。2、 國內外研究現狀 渦旋壓縮機最早誕生于1905年，由法國工程師 Leon Creux 發(fā)明。渦旋式壓縮機擁有很多優(yōu)點：體積小，重量輕，零部件少；運動部件受力變化小，振動小， 噪聲低；絕熱效率、容積效率、機械效率高等。這些特點使渦旋壓縮機相對其他類型壓縮機而言發(fā)展空間更加廣闊。國際上，幾乎70%研究渦旋壓縮機的文獻都偏向渦旋式壓縮機的研究。盡管渦旋式壓縮機的優(yōu)點多，但是需要高精度的加工設備和精確的裝配技術，限制了它的普遍制造和應用，目前還僅限于功率在115kw的空調器中應用。最初是從70年代開始，由于能源危機的加劇和高精度數控銑床的出現，為渦旋機械的發(fā)展帶來了機遇，80年代初開始批量生產。1973年美國ADL公司首次提出了渦旋氮氣壓縮機的研究報告，并證明了渦旋壓縮機所具有其他壓縮機無法比擬的優(yōu)點，從而渦旋壓縮機的大規(guī)模的工程開發(fā)和研制走上了迅速發(fā)展的道路。 1982年，日本三電公司拉開了汽車空調渦旋式壓縮機批量生產的序幕，其后日立公司、三菱電氣、大金、松下、美國的考普蘭和特靈也開始了渦旋壓縮機的批量生產。DanfossManeurop和谷輪已經宣布研制成功了20KW的大容量渦旋式壓縮機。谷輪在世界渦旋式壓縮機市場處于絕對主導地位。到2002年初，谷輪累計生產的渦旋式壓縮機總量已達2800萬臺。它的年總產量超過600萬臺，產品型號有230多種，采用的制冷劑包括R22、R407C、R410A、R404A和R134a。 我國1983 年以后才開始渦旋壓縮機的研制工作。先后有西安交通大學、甘肅工業(yè)大學、合肥通用機械研究所及一些其他院、所和工廠對渦旋技術進行了有規(guī)模的研究開發(fā),并研制出渦旋式壓縮機不同型號的樣機。然而由于生產加工設備相對落后、科研工作主要集中在微、小型壓縮機上，至今仍未實現大批量生產。目前渦旋壓縮機的研究制造主要集中在美國、日本、中國和韓國。近年來研究渦旋壓縮機的論文不斷增多, 研究內容主要集中在渦旋壓縮機的幾何特性、工作原理、泄漏及密封、加工工藝及材料、型線修正及通用型線、整體優(yōu)化等方面。目前渦旋式壓縮機的整體研究方向可綜合為下面幾點：1. 降低渦旋壓縮機的加工成本,主要是渦旋盤的加工。 2.研究新的環(huán)保型制冷劑對渦旋壓縮機結構的新要求。3. 增大渦旋壓縮機的功率范圍,拓寬其應用領域, 4.改進壓縮機的平衡機構,減少氣體的泄漏,減少機械摩擦損失,5.加強對實際運行的實驗研究, 6.建立系統(tǒng)的包括壓縮機油冷卻、供油、電機等外部系統(tǒng)在內的模塊化數學模型, 7.擴大渦旋式壓縮機機型, 8.提高對渦旋式壓所機的加工工藝, 9.增強渦旋式壓縮機的市場競爭力。3、 主要研究內容本課題以渦旋式空調壓縮機為研究對象，進行主要零件包括動渦盤、靜渦盤、支架體、偏心軸及防自轉機構的結構設計。主要內容包括：1.壓縮機及裝置系統(tǒng)總體方案設計；2.主要零部件結構和尺寸設計；3.渦旋齒線型的選擇；4.壓縮機附件及密封細節(jié)設計；5.基于Nastran解算器的有限元分析；6.材料選擇和強度校核。4、 研究方法與實施方案1. 研究方法：本設計主要借助計算機和MATLAB、二維或三維制圖軟件（AutoCAD、CATIA等）以及相關的參考書籍、參考手冊對壓縮機的主要零部件進行設計建模分析以及理論計算校核。2. 實施方案：2.1.第1周：參考文獻收集與查閱；2.2.第2-3周：學習參考文獻、編寫開題報告、文獻綜述及外文翻譯；2.3.第4-6周：空調用渦旋式壓縮機及裝置系統(tǒng)總體方案設計，通過給定條件確定具體的設計方案；2.4.第7-9周：壓縮機主要零部件如動渦盤、靜渦盤、支架體、偏心軸及防自轉機構的參數計算及其結構設計；2.5.第10-12周：繪制壓縮機主要零部件的零件圖和整體裝配圖；2.6.第13-14周：撰寫畢業(yè)論文；2.7.第15-16周：準備答辯相關資料。5、 主要參考文獻 1劉振全. 渦旋式流體機械與渦旋壓縮機M. 北京：機械工業(yè)出版社，2009年2王宗明. 壓縮機M. 北京：中國石化出版社，2012年3李連生. 渦旋壓縮機M. 北京：機械工業(yè)出版社，1998年4中華人民共和國行業(yè)標準：全封閉渦旋式制冷壓縮機. GB/T18429-20015吳業(yè)正. 制冷壓縮機M. 北京：機械工業(yè)出版社，2009年6樊靈,曹巨江,賀煒,彭國勛. 渦旋壓縮機優(yōu)化設計數學模型的探討J. 西北輕工業(yè)學院學報. 1997(04)7徐雄冠渦旋壓縮機及其設計J工程科技，1996（01）8劉振全,趙嫚,李超.渦旋壓縮機曲柄銷防自轉機構分析J.蘭州理工大學學報.2006(04)六、指導教師意見 指導教師：時 間：七、學院畢業(yè)設計（論文）指導小組意見負 責 人： 時 間： 畢業(yè)設計（論文）文獻綜述 題 目 空調用渦旋式壓縮機結構設計 學 院 專 業(yè) 學 生 學 號 指導教師1.渦旋式壓縮機的發(fā)展歷史渦旋式壓縮機雖然發(fā)展歷史不長但是其發(fā)展速度之快，對于空調領域顯出寬廣的前景。渦旋式壓縮機是20世紀80年代才發(fā)展起來的一種新型容積型壓縮機，其機理最早由法國人寇克絲(Leon Creux)提出并于1905年在美國取得專利，由于渦旋體加工困難、軸向力不能穩(wěn)定平衡、防自轉機構不靈活、軸向和徑向密封機構不完善等原因，在當時沒得以實用化。直至20世紀70年代美國對渦旋式流體機械的基本理論進行了潛心研究，開發(fā)了He冷凍用壓縮機、膨脹機，顯示其卓越性能。日本在渦旋式流體機械的研制上也不甘示弱。從1975年開始，根據“新容積式壓縮機開發(fā)”進行了預備研究。特研77B06“渦旋壓縮機開發(fā)”從1978年3月開始，圍繞空調用1.5kw、3kw冰箱用300W等機種進行了基礎研究。當前，渦旋式壓縮機它已經成為功率在115kw范圍內甚受青睞的制冷壓縮機，并逐步向大容量機型擴展。我國1983 年以后才開始渦旋壓縮機的研制工作, 1987 年試制出第1 臺渦旋空氣壓縮機。目前渦旋壓縮機的研究制造主要集中在美國、日本、中國和韓國。近年來研究渦旋壓縮機的論文不斷增多, 研究內容主要集中在渦旋壓縮機的幾何特性、工作原理、泄漏及密封、加工工藝及材料、型線修正及通用型線、整體優(yōu)化等方面。2.渦旋式壓縮機的技術特點2.1.容積效率高多個壓縮腔同時工作，相鄰壓縮腔的氣體壓差小，氣體泄漏量小，容積效率高，可達90%98%；動渦旋體上的所有點均以幾毫米的回轉半徑做同步轉動，所以運動速度低，摩擦損失?。粵]有吸氣閥，也可以不設置排氣閥，所以氣流的流動損失小。渦旋式壓縮機的效率比往復式約高10%。2.2.力矩變化小、振動小、噪聲低渦旋式壓縮機的壓縮過程較慢，因一對渦旋體中幾個月牙形空間可同時進行壓縮過程， 故使曲軸轉矩變化小，渦旋式轉矩僅為滾動轉子式和往復式的1/10，壓縮機運轉平穩(wěn)；又因為渦旋式壓縮機吸氣、壓縮、排氣是連續(xù)進行的，所以進排氣的壓力脈動很小，于是振動和噪聲都小。2.3.可靠性高 有軸向、徑向間隙可調的柔性機構，能避免液擊造成的損失及破壞，故渦旋式壓縮機的運行可靠性高，渦旋式壓縮機即使在高轉速下與也保持高效率和高可靠性，其轉速可達13000r/min。2.4.結構簡單、體積小、質量輕 渦旋式壓縮機構成壓縮室的零件數目與滾動轉子式以及往復式的零件數目之比為1：3：7，所以渦旋式的體積比往復式小40%，質量輕15%；又由于沒有吸氣閥和排氣閥，易損零件少3.渦旋式壓縮機的發(fā)展趨勢 渦旋式壓縮機的歷史相對較短，但是它在空調器中的使用卻在與日俱增。由于該類型壓縮機中，氣體壓縮引起的力矩波動較小，所以同往復式和旋轉式壓縮機相比，它的振動可維持在一個較低的水平。市場上有售的渦旋式壓縮機容量范圍為0.7515KW（不包括特殊型號），并且多數在35KW之間，應用最多是在小型PAC中。 DanfossManeurop和谷輪已經宣布研制成功了20KW的大容量渦旋式壓縮機。谷輪在世界渦旋式壓縮機市場處于絕對主導地位。到2002年初，谷輪累計生產的渦旋式壓縮機總量已達2800萬臺。它的年總產量超過600萬臺，產品型號有230多種，采用的制冷劑包括R22、R407C、R410A、R404A和R134a。 谷輪在美國有四家工廠，國內年產量超過350萬臺，其中位于北卡羅萊那洲謝爾比（Shelby）的工廠政致力于生產“Glacier”品牌的適應型渦旋機。此外，谷輪還有一家專門生產渦旋式壓縮機核心零部件的工廠。谷輪在泰國Rayong的工廠生產1.56.75hp的渦旋機，年產量100萬臺。它在中國蘇州的工廠1999年底投產后，截止2001年底已累計生產渦旋式壓縮機50萬臺，而年生產能力也在100萬臺以上。 縱觀目前渦旋壓縮機研究現狀和應用情況,對今后幾年渦旋壓縮機的研究發(fā)展方向歸納為: 降低渦旋壓縮機的加工成本,主要是渦旋盤的加工。尋找加工復雜但具有良好性能型線的簡單方法。 研究新的環(huán)保型制冷劑對渦旋壓縮機結構的新要求。 增大渦旋壓縮機的功率范圍,拓寬其應用領域,特別是研究其變頻特性以及在空調熱泵中的應用。 改進壓縮機的平衡機構,特別是軸向氣體力的平衡。減少氣體的泄漏,減少機械摩擦損失,從而提高渦旋壓縮機的工作效率和可靠性。 加強對實際運行的實驗研究, 建立起關于渦旋壓縮機理論和實驗相應發(fā)展的統(tǒng)一體系, 保證渦旋式壓縮機在借鑒其他類型壓縮機的基礎上發(fā)展方向的準確性; 建立系統(tǒng)的包括壓縮機油冷卻、供油、電機等外部系統(tǒng)在內的模塊化數學模型, 使之具有通用性; 并在原有基礎上強化對壓縮機內部熱力學特性、動力學特性的研究, 更完善地分析壓縮機各種運行工況下的工作過程; 擴大渦旋式壓縮機機型, 打破渦旋壓縮機在大容量( 2 L/ min) 上的空白; 提高對渦旋式壓所機的加工工藝, 保證壓縮機性能和品質;增強渦旋式壓縮機的市場競爭力。在保證性能和品質的基礎上降低生產成本、運行成本, 從而降低產品價格, 并實現大批量生產。4.總結隨著社會的發(fā)展，科技的騰飛，空調已經越來越普遍，而空調的核心部件壓縮機的性能將會決定空調產品在該領域內的競爭力，無疑，渦旋式壓縮機的優(yōu)越性能將會讓其在空調的發(fā)展中嶄露頭角，各界已經廣泛重視渦旋壓縮機的研究與開發(fā),變頻調速技術在渦旋空調系統(tǒng)中的應用使其獨特的優(yōu)點得以充分體現。今后一個時期, 渦旋壓縮機將逐步向高壓和大功率方向發(fā)展, 其應用范圍將進一步擴大, 特別適合于環(huán)保要求高的特定應用場合。在空調系統(tǒng)中, 新的制冷工質對渦旋壓縮機的結構提出新的要求, 經過結構改進,渦旋壓縮機將會更加適應此種應用場合?？梢灶A測,渦旋壓縮機的研究和制造將會在我國有一個較大的飛躍,其在空調領域也將會占有越來越重要的地位，其前景相當樂觀。5.參考文獻1劉振全. 渦旋式流體機械與渦旋壓縮機M. 北京：機械工業(yè)出版社，2009年2王宗明. 壓縮機M. 北京：中國石化出版社，2012年3李連生. 渦旋壓縮機M. 北京：機械工業(yè)出版社，1998年4中華人民共和國行業(yè)標準：全封閉渦旋式制冷壓縮機. GB/T18429-20015吳業(yè)正. 制冷壓縮機M. 北京：機械工業(yè)出版社，2009年6樊靈,曹巨江,賀煒,彭國勛. 渦旋壓縮機優(yōu)化設計數學模型的探討J. 西北輕工業(yè)學院學報. 1997(04)7徐雄冠渦旋壓縮機及其設計J工程科技，1996（01） 空調用渦旋壓縮機的結構設計,1.空調壓縮機的作用和種類,1.1空調壓縮機的作用 空調壓縮機是在空調制冷劑回路中起壓縮驅動制冷劑的作用。 1.2空調壓縮機的種類 制冷壓縮機種類和形式很多，根據原理可分容積型和速度型兩其中容積式是最為普遍的。 容積型壓縮機又分為往復活塞式和回轉式兩種： 往復活塞式是通過活塞在氣缸內做往復運動改變氣體工作容積；活塞式壓縮機歷史悠久，生產技術成熟。 回轉式壓縮機包括刮片（滑片）旋轉式壓縮機、螺桿式壓縮機，目前國內生產的空調器多數采用旋轉式壓縮機； 確切的說，容積型壓縮機還有一種，那便是如今在飛速發(fā)展的渦旋式壓縮機。,2.渦旋壓縮機的特點及發(fā)展前景,2.1渦旋壓縮機的特點 效率高 力矩變化小、振動小、噪聲低 結構簡單、體積小、質量輕、可靠性高 對加工設備精度和裝配技術精確度要求高 2.2渦旋壓縮機的發(fā)展前景 渦旋壓縮機的研究與開發(fā)已受到各界的廣泛重視, 其發(fā)展極其迅速, 變頻調速技術在渦旋空調系統(tǒng)中的應用使其獨特的優(yōu)點得以充分體現。今后一個時期, 渦旋空氣壓縮機將逐步向高壓和大功率方向發(fā)展, 其應用范圍將進一步擴大, 特別適合于環(huán)保要求高的特定應用場合。在空調系統(tǒng)中, 新的制冷工質對渦旋壓縮機的結構提出新的要求, 經過結構改進,渦旋壓縮機將會更加適應此種應用場合。可以預測,渦旋壓縮機的研究和制造將會在我國有一個較大的飛躍, 其前景相當樂觀。,3.渦旋壓縮機的工作原理,圖A為三圈渦旋的三對壓縮腔示意圖。 可見壓縮機的容積腔是成對的，在 中心壓縮腔壓縮完畢時壓縮腔吸氣 完畢；中心壓縮腔吸氣完畢時壓縮腔 壓縮完畢，壓縮腔同時在吸氣壓縮， 氣體的壓力從到逐漸增大。 圖B為渦旋壓縮機工作過程示意圖。 在主軸旋轉一周時間內，進氣、壓 縮、排氣三個工作過程是同時進行的， 外部空間與吸氣口相通，始終處于吸 氣過程，內側空間與排氣口相通，始終 處于排氣過程。,4.1根據要求和相關資料確定渦 旋齒的相關參數 渦旋圈數N=4；渦旋齒厚t=6mm； 齒高h=45mm； 渦旋節(jié)距P=22mm； 基圓半徑a=3.5mm； 回轉半徑Ror=5mm； 漸開線的初始角=0.857rad； 壓縮機電動機功率P=2.2KW, 轉速2840r/min。,4.2根據相關參數和資料設計動渦盤 的結構，得到動渦盤。,4.3由于動靜渦盤的渦旋體相差為 結構相同，加之靜渦盤與上支撐的 螺栓連接，由此可確定靜渦盤的渦 旋體、螺栓凸臺等結構。并由此可 確定渦旋壓縮機的最大外徑為280 加2倍外殼壁厚。,4.4根據動渦盤，電動機和相關資料和軸段間的關系確定主軸的結構。,4.5根據主軸的結構尺寸可確定偏心塊、滑動軸承、滾動軸承、上下支撐等附件。,4.6最終將各個零部件和附件裝配起來就得到了渦旋式壓縮機。,5.總結,本次設計的空調用渦旋壓縮機的零部件總的說來結構 簡單，毛坯件容易制造，簡化了許多結構，零部件設計 成對稱形式，加工更加容易，裝配更加簡單。 經過這次畢業(yè)設計，雖然對于空調渦旋壓縮機的認識 只是冰山一角，然而最大的收獲就是學會了如何查閱自 己需要的資料，學會了繪圖軟件的更多的功能，同時對 ug、cad、caxa等軟件也更加熟悉，為工作打好了堅實的 基礎，也讓我在學校最后的兩個月痛并快樂著的度過， 成為一生美好的回憶！,謝 謝！,畢業(yè)設計（論文） 題 目 空調用渦旋式壓縮機結構設計 學 院 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化(機械設計制造） 學 生 學 號 指導教師摘 要 本設計為空調用渦旋式壓縮機結構設計，主要零部件包括動渦盤、靜渦盤、支架體、偏心軸、防自傳機構及平衡機構，動靜渦旋盤應用圓的漸開線及其修正曲線的線型。 首先，確定了渦旋壓縮機的重要結構參數，其次確定了渦旋壓縮機的各個重要零件的結構尺寸，然后確定了渦旋線圓的漸開線線型并且對渦旋線進行修正，而后選擇渦旋壓縮機的各種附件，最后利用UG8.0對渦旋壓縮機的主軸進行有限元分析，最終說明了渦旋壓縮機結構設計中的有關問題。在渦旋齒線型的設計中，不僅說明了漸開線的特征和渦旋線的成形過程，而且還對渦旋線線型進行了修正。通過以上設計的設計過程，最終得到了渦旋壓縮機。關鍵詞：渦旋壓縮機，動渦盤，靜渦盤，偏心軸ABSTRACT The design is designing the structure of air conditioning scroll compressor , the main parts including moving vortex disc, static vortex disc, bracket dody, eccentric shaft ，anti rotation mechanism and balance mechanism,the application of static and moving vortex disc involve circle and linear correction curve.First of all, the important structural parameters of scroll compressor is determined, then determined the structure size of each important part of scroll compressor, and then determine the involute type vortex line round and the vortex line is modified, and then choose a variety of accessories of the scroll compressor, the UG8.0 spindle of scroll compressor for finite element analysis, the final show the problem in the design of structure of scroll compressor. In the design of scroll profile, not only describes the forming process of involute characteristics and vortex lines, but also to carry on the revision to the vortex line.Through the above design, we finally got the scroll compressor.KEY WORDS: scroll compressor, moving vortex disc, static vortex disc, eccentric shaft目 錄摘 要1目 錄1前 言2第一章 空調用渦旋式壓縮機及裝置系統(tǒng)總體方案設計31.1 渦旋壓縮機動靜渦盤及其工作原理31.2渦旋壓縮機的防自轉機構41.3渦旋壓縮機的軸向徑向柔性機構41.4渦旋壓縮機的結構特點51.5渦旋壓縮機的研發(fā)方向5第二章 主要部件設計72.1渦旋壓縮機的整體結構的選擇72.2設計的已知條件82.3性能及結構參數確定82.4確定渦旋壓縮機各重要零件的結構尺寸9第三章 渦旋齒線型的選擇與繪制原理133.1渦旋型線構成原則133.2圓的漸開線的形成133.3漸開線的特征133.4渦旋線的成形143.5渦旋線型的修正15第四章 壓縮機附件及密封細節(jié)174.1防自轉機構174.2軸承及支承194.3壓縮機的性能194.4徑向密封204.5軸向間隙204.6潤滑214.7結果21第五章 基于NX Nastran解算器的有限元分析22總 結29參考文獻30致 謝31前 言本設計以空調用渦旋式壓縮機為題，主要為了學習渦旋式壓縮機的設計過程，以及運用和鞏固我們大學所學知識。目前在空調領域對于渦旋式壓縮機的研究已越來越普遍也越來越熱門，渦旋式壓縮機的發(fā)展將會不僅僅為空調領域帶來飛躍，從而針對空調用渦旋式壓縮機的研究是非常有意義的。通過回顧渦旋式壓縮機的歷史，我們對其可以進行初步的了解。渦旋式壓縮機最早由法國工程師Creux發(fā)明并于1905年在美國獲得專利，于國際上70年代開始開發(fā)應用的一種新型壓縮機，它以高效率，高可靠性，低能耗，低噪音，零件少，易損件少，結構緊湊等突出優(yōu)點引起許多國家的重視，被稱為全新一代壓縮機，在1-705KW輸出功率的范圍內，渦旋壓縮機已在單元式空調機及汽車空調器中得到相當普遍的應用，并很快牢固地占領了市場，由于渦旋壓縮機在較寬的頻率范圍內（30-120hz）均有較高的容積效率與絕熱效率，適合采用變頻裝置，可進一步降低空調器的耗能，提高舒適性，所以在空調領域中具有廣闊的發(fā)展前景。為保證環(huán)保減少制冷劑泄露到空氣中，汽車空調領域中具有采用全封閉式渦旋壓縮機的發(fā)展方向。70年代以前由于難以得到高精度的渦旋形狀，缺乏實用而可靠地驅動機構，摩擦磨損的問題不能妥善解決，因此渦旋壓縮機在將近70年的時間內未得到普及應用直到70年代初期，美國的ADL公司及日本，中國的幾家公司又相繼重新開始渦旋壓縮機的研究開發(fā)工作。因若干關鍵技術逐步得到解決，于80年代初就推出了空調用渦旋壓縮機的系列產品。這些產品與相同容量的往復式壓縮機相比，體積小40%，重量輕15%，零件數減少85%，效率提高10%，扭距變化幅度小90%，噪音降低5db（A）.在供暖、空調與制冷應用中，主要的能量都耗在壓縮機上，高效壓縮機對美國市場已成為頭等重要因素。在歐洲和日本市場，對低噪音，低振動的壓縮機需求更為突出，因而，兼有高效低噪兩大優(yōu)勢的渦旋壓縮機成為換代產品已是必然局勢，雖然在完善密封機構，減少機械摩擦耗功以及數控加工提高渦旋盤成產率等方面已經進行了廣泛有效地改進，但作為技術密集程度很高的渦旋壓縮機，其技術優(yōu)勢和效益任存在很大的發(fā)展?jié)摿?。渦旋壓縮機面臨的主要問題應屬由于加工精度和結構問題導致的徑向和軸向的泄露，但是隨著社會的飛速發(fā)展，工業(yè)的日益壯大，設備的精度會得到提高，加工的技術會得到飛躍，渦旋式壓縮機將會隨著社會的發(fā)展慢慢挖掘出無限的潛能，它的優(yōu)點將會會越來越突出，發(fā)展前景廣闊。通過借鑒前人研究的方式和方法，本論文旨在根據已知工作條件，通過各零部件的強度校核和受力分析對空調用渦旋式壓縮機進行結構設計。通過完成這次設計達到我們所學的理論與實踐相結合，增加我們的設計經驗。第1章 空調用渦旋式壓縮機及裝置系統(tǒng)總體方案設計1.1 渦旋壓縮機動靜渦盤及其工作原理 渦旋式壓縮機綜合了往復式壓縮機和旋轉式壓縮機的工作特點，其借助于容積的變化來實現氣體壓縮與往復式壓縮機相同。其動渦盤的運動是在偏心軸的直線驅動下進行的，這一點又與旋轉式壓縮機相同。但是渦旋式壓縮機的壓縮腔，既不同于往復式的又不同于旋轉式，故把它稱作新一代容積式壓縮機。渦旋式壓縮機的主要零件包括動渦盤，靜渦盤，支架體，偏心軸及防自傳機構。動靜渦旋盤的最常用線型是圓的漸開線及其修正曲線。下面以圓的漸開線渦旋型線為例來說明渦旋壓縮機的工作原理。把渦旋型線參數相同，相位差，基圓中心相距Ror的動渦盤與靜渦盤組裝后，可形成數對月牙形的密封的容積腔，容積腔的軸隨偏心軸推動動渦盤中心繞靜渦盤中心作半徑為Ror的圓周軌道運動時相應的擴大縮小，由此實現氣體的吸入，壓縮和排氣的過程。低壓氣體從靜渦盤上開設的吸氣孔口或動靜渦盤的周邊縫隙進入吸氣腔，經壓縮后由靜渦盤中心處的排氣孔口排出。以三對壓縮腔為例說明氣體壓縮過程,如圖1-1。三對容積腔分別用來表示，依次表示中心壓縮腔（排氣腔）、第二壓縮腔、第三壓縮腔。動渦盤中心繞靜渦盤中心的轉動角，也就是偏心軸的曲柄轉角，用表示。當曲柄轉角=0時，剛好封閉，壓縮機的吸氣過程結束，這時中充入的氣體所占據的空間即為吸氣容積，相當于往復式壓縮機的形成容積。隨著曲柄轉角增大，月牙形的面積逐漸減小。當=360時，完成對氣體的壓縮過程，這時的壓縮腔容積就是的最大封閉容積，即充氣終了時的容積，其軸向投影面積最大。和中氣體容積變化規(guī)律與中相同。在壓縮氣體同時，壓縮機的吸氣過程也在進行。和并不存在吸氣過程，只是在幾何關系上按2為一循環(huán)劃分時，分割為不同的壓縮腔而已。渦旋式壓縮機壓縮氣體的過程是連續(xù)進行的需要主軸轉動數圈而非一圈，但主軸每轉一周即可完成一次吸氣。需要指出的是，中的氣體并不受到壓縮，其容積減少是一個等壓過程，即排氣過程。中容積取得最大值時，不一定對應于=0，而與開始排氣角有關，圖1-2為壓縮機的工作過程。圖1-1.渦旋壓縮機壓縮腔示意圖 圖1-2.渦旋壓縮機工作示意圖1.2渦旋壓縮機的防自轉機構動渦盤在氣體作用下，有繞其中心自傳的趨勢。這種趨勢破壞了渦旋壓縮機的正常工作，必須予以限制。防自傳機構設置在動渦盤與支架體之間，常見的結構形式有：十字聯(lián)接環(huán)：其結構簡單但是易磨損，加工困難；圓柱銷聯(lián)軸節(jié) ：在機座上開孔板，動渦旋體上連軸銷，當動渦旋體平動時，銷在孔內平動。其受力好，結構簡單，但無支撐作用；球形聯(lián)軸節(jié)：兩幾何形狀相同孔板，分別安在機體動渦旋體上，在孔板間設置鋼球連接孔板動渦旋體平動時，鋼球可在孔內轉動。其結構簡單，易加工，可實現滾動支撐，減少磨損。1.3渦旋壓縮機的軸向徑向柔性機構 渦旋壓縮機的動渦盤被置于靜渦盤和支架體之間，可以沿軸向移動。當渦旋壓縮機工作時，動渦盤在氣體力作用下，沿軸向與靜渦盤脫離，增大渦盤頂部的氣體泄漏通道面積，降低容積效率和熱效率，因此如何有效的平衡作用在動渦盤上的軸向氣體作用力，成為渦旋壓縮機能否獲得良好性能的重要因素之一。常用軸向力平衡消除間隙減少泄漏的方式：采用推力軸承，減少軸向摩擦，保證密封；采用背壓推力機構，泵壓力自動補嘗間隙；在渦旋體背面加彈簧，自動補嘗間隙；在渦旋體背面加油壓，補嘗間隙。徑向可采用偏心軸套式徑向密封機構及滑動襯套式機構減少泄露。軸向和徑向柔性機構提高了渦旋式壓縮機的生產效率，而且保證軸向間隙和徑向間隙的密封效果，不因摩擦和磨損而降低，即渦旋式壓縮機有可靠地密封性。動渦盤上承受的軸向氣體作用力，隨主軸轉角發(fā)生變化，很難恰如其分的加以平衡，因此軸向氣體力往往帶來摩擦功率消耗。渦旋盤的加工精度，特別是渦旋體的形位公差有很高要求，端板平面的平面度，以及端板平面與渦旋體側壁面的垂直度，應控制在微米級，因此，對加工方法，加工技術和加工設備要求很高。1.4渦旋壓縮機的結構特點 渦旋壓縮機在因其結構表現出以下優(yōu)點： 多個壓縮腔同時工作，相鄰壓縮腔的氣體壓差小，氣體泄漏量小，容積效率高，可達90%98% 。 驅動動渦盤的運動的偏心軸可以高速旋轉，因此，渦旋式壓縮機體積小，重量輕。 動渦盤與主軸等運動件的受力變化小，整機振動小。 沒有吸，排氣閥，渦旋壓縮機的運轉可靠，且特別適應于變速運轉和變頻調速技術。 由于吸排氣過程幾乎連續(xù)進行，整機噪聲很低。1.5渦旋壓縮機的研發(fā)方向 目前發(fā)展較迅速的應屬數碼渦旋壓縮機，谷輪公司向中國空調市場提供其最有革命性的新技術產品數碼渦旋壓縮機Copeland Digital Scroll，作為下一代變容量空調器的心臟。目前，數碼渦旋壓縮機和與之配套的電器控制板均向客戶供應，以方便開發(fā)多聯(lián)式變容量空調系統(tǒng)。 數碼渦旋壓縮機不同于常見的變頻壓縮機，與變頻壓縮機通過變頻器控制改變制冷劑循環(huán)量相比，數碼渦旋壓縮機具有以下優(yōu)勢： 更寬廣的制冷制熱容量調節(jié)范圍(10%-100%)；更精確的容量控制。與變頻系統(tǒng)存在制冷量階梯相比，數碼渦旋系統(tǒng)可以實現任何一點的冷量要求； 在任何負荷點都具備出色的除濕性能-在低負荷范圍使室內達到濕度70%以下的舒適要求； 低噪音與低振動，壓縮機保持恒速運行，避免產生高頻噪音與振動； 極高的可靠性：通過谷輪公司極其嚴格的測試條件，并保證15 年以上運行壽命； 極佳的回油特性，壓縮機定速運行，即使在小負荷冷量時也無回油問題，并保證系統(tǒng)可以配備長聯(lián)管； 極其簡單的系統(tǒng)設計，不需要制冷劑熱氣旁通，不需要制冷劑液體旁通，不需要油分離器，系統(tǒng)設計更簡單，更可靠； 無電磁兼容問題。通過機械式加載及卸載，不需要變頻控制器。 數碼渦旋壓縮機Copeland Digital Scroll 可以全方位滿足以下系統(tǒng)應用：單蒸發(fā)器多聯(lián)機系統(tǒng)，風管送風系統(tǒng)，冷水機組系統(tǒng)及機房空調系統(tǒng)。 我國從開始研發(fā)渦旋式壓縮機至今已經過了11個春夏秋冬，如今已經形成了比較成熟的渦旋式空調與制冷壓縮機設計制造技術，很多大學如西安交通大學，甘肅工業(yè)大學在渦旋壓縮機技術，生產方面在國內具有頂尖的水平。綜觀國內外渦旋壓縮機的研究開發(fā)現狀，生產制造水平以及市場需要趨勢，今后一段時間內，有關渦旋壓縮機的研究動向可歸納為;降低生產制造成本被列為研究工作的首要任務之一。提高渦旋盤的生產效率，設計出更加緊湊與更加適宜于工業(yè)化生產的結構都是直接的措施。通過壓縮過程模擬及優(yōu)化設計，采用新的材料與新的機構來減少機械摩擦損失，氣體泄漏損失，傳熱損失，氣流阻力損失，提高渦旋壓縮機的工作效率和工作可靠性。擴寬應用范圍和適用領域，實現產品系列化。擴大變頻調速技術和熱泵技術的應用。 第2章 主要部件設計2.1渦旋壓縮機的整體結構的選擇本設計采用的是立式全封閉低壓殼體腔結構如圖2-1。低壓殼體腔渦旋壓縮機的吸氣管道不是直接接入壓縮機的吸氣腔中，而是接入殼體腔中，因此進入吸氣腔的氣體的過熱比高壓殼體腔的大。立式全封閉低壓殼體腔渦旋壓縮機在制冷與空調系統(tǒng)中有著廣泛的應用。最明顯的優(yōu)點是電動機的環(huán)境溫度較低，有利于提高電動機的工作效率。當吸氣管道中的氣體帶有液滴時，不會直接導致壓縮腔液擊。圖2-1.立式低壓殼體腔渦旋式壓縮機1-底座 2-上油板 3-磁環(huán) 4-軸向擋圈 5-油升壓器 6-定位銷 7-下支承 8-軸向擋圈 9-下軸承 10-下平衡重 11-電動機定子 12-電動機轉子 13-主軸 14-上軸承（主軸承） 15-殼體 16-偏心調節(jié)塊 17-吸氣管 18-滑動軸承 19-動渦盤 20-靜渦盤 21-排氣管 22-限位板 23-止回閥 24-封頭 25-排氣孔口 26、28-橡膠密封圈 27-背壓室端蓋 29-背壓室 30-背壓孔 31-軸向定位套 32-十字環(huán) 33-支架 34-上平衡塊 35-逆轉限制器2.2設計的已知條件理論排氣量0.6m/min；進口壓力0.1Mpa（絕對）；出口壓力0.6Mpa（絕對）。2.3性能及結構參數確定2.3.1渦旋圈數N、渦旋齒厚t、渦旋齒高h的確定 根據有關資料確定: N=4； t=6mm； h=45mm 2.3.2排氣量Vs和渦旋節(jié)距P的確定設計理論排氣量0.6m/min，轉速為2840rpm則每轉排氣量：= 211267.6056mm/r渦旋節(jié)距為： 圓整P=22mm。2.3.3基圓半徑 因節(jié)距P由基圓半徑決定則重取 ,得到 。則設計排氣量為： 考慮泄漏等因素的儲備因數,對于渦旋壓縮機, 其泄漏系數應不大于8% 2.3.4回轉半徑Ror 2.3.5漸開線的初始角 2.3.6理論壓力比 ，其中=3.87rad2.3.7實際工作容積 2.3.8壓縮機指示功P1=0.1,P2=0.6指示功2.3.9壓縮機的指示功率 選擇電機轉速n=2840r/min，功率2.2kw2.4確定渦旋壓縮機各重要零件的結構尺寸2.4.1動渦盤利用基圓繪制漸開線渦盤得到最大外徑尺寸為192mm，取動渦盤外徑尺寸為210mm，渦旋體高45mm，考慮到十字環(huán)的鍵槽深5mm，取渦旋底盤厚15mm，本設計采用的主軸形式為曲柄銷式，因此動渦盤上需有與曲柄銷配合的凸臺，取其尺寸內徑50mm，外徑70mm，高40mm。動渦旋與十字環(huán)配合以達到防自轉的目的，因此動渦盤的背面需設置一對鍵槽，槽的尺寸為30105mm，槽的位置由圖給出，材料為CuCrMo合金鑄鐵。具體結構尺寸如圖2-1。 圖2-2.動渦盤2.4.2靜渦盤靜渦盤的渦旋體與動渦盤的渦旋體結構尺寸相同，相位差為，考慮到動渦盤的回轉半徑Ror=5mm以及動渦盤的外徑尺寸210mm，動渦盤處支架體的內圓直徑需大于220mm才不會發(fā)生干涉，則支架體內徑取為230mm，支架體需要與靜渦盤螺釘連接，取支架體外徑280mm，由此可確定與支架體連接的靜渦盤的最大外徑為280mm。查相關資料,選擇連接螺釘為M8的六角頭螺釘12顆，則設置12個9mm螺紋通孔均布于靜渦盤上，根據螺釘的尺寸，以及結構不干涉原則可確定放置通孔的臺階尺寸。靜渦盤中心開5mm的排氣孔，選擇靜渦盤壁厚15mm，可得到靜渦盤的總高度60mm，其他具體的結構及尺寸于圖上作出，材料為CuCrMo合金鑄鐵。 圖2-3.靜渦盤2.4.3十字環(huán)根據動渦盤上的鍵槽位置以及鍵槽尺寸，確定十字環(huán)的外徑為160mm，內徑為140mm，4個凸臺高8mm寬10mm，對稱布置，材料為QT600。具體結構如圖2-2。圖2-4.十字環(huán)2.4.4滑動軸承及偏心調節(jié)塊偏心調節(jié)塊主要起到調節(jié)主軸偏心量的作用，在偏心調節(jié)塊與動渦盤間還需要一滑動軸承聯(lián)結，根據動渦盤的凸臺尺寸選擇滑動軸承外徑50mm，內徑45mm，寬42mm。由此可確定偏心調節(jié)塊的外徑為45mm，具體結構尺寸如圖2-3。圖2-5.偏心塊2.4.5主軸 主軸結構尺寸的確定主軸的材料選用渦旋壓縮機常采用的主軸材料40Cr。渦旋壓縮機機械效率取，則軸傳遞的功率。40Cr材料的,主軸設有5mm通油孔，為空心軸，取=0.5則主軸的最小軸徑。曲柄銷軸段a直徑取30mm，并沿偏心方向磨出兩對稱平面距離24mm，長40mm；軸環(huán)b直徑取56mm，長12mm；c段軸為安裝主軸承軸承的軸，初選軸承為6208深溝球軸承，則可確定c段軸徑為40mm長16mm；取d段軸直徑36mm，長66mm；e段軸裝有電機轉子，根據所選電機確定軸段e直徑24mm，長115mm；取f段軸直徑22mm，長56mm；g段軸為安裝副軸承的軸，選擇6204深溝球軸承，軸徑為20mm，長30mm。具體結構如圖所示。 圖2-6.主軸 第3章 渦旋齒線型的選擇與繪制原理3.1渦旋型線構成原則 渦旋型線的構成應符合如下原則： 對于壓縮腔內的任一給定點，在靜渦盤或動渦盤上，必有一點并且只有一點與之相嚙合，并且內側壁面上的點與外側壁面上的點相嚙合。 當渦旋型面上一對共軛點相嚙合時，動、靜渦旋盤渦旋型線特征形狀幾何中心之間的距離，不隨主軸角變化。這里的特征形狀，是指能夠反映渦旋型線類型的幾何形狀，對于圓漸開線漩渦線型，是指基圓。 一對嚙合點相嚙合時，嚙合點所在漩渦型面的切向平行，并且與通過渦旋型線特征性狀幾何中心之間連線方向相垂直。 構成渦旋體的型線，可采用線段，正多角形及圓的漸開線，除了圓的漸開線外，它們都是由圓弧連接而成的渦線，而圓的漸開線則可以理解為有限多圓弧連接而成曲率連續(xù)變化的曲線，一般常用圓的漸開線作為渦旋體的型線。3.2圓的漸開線的形成 如圖3-1所示，當一直線Bk沿一圓做純滾動時，直線上任意點k的軌跡Ak就是該圓的漸開線，這個圓稱為漸開線的基圓，其半徑為基圓半徑a。圖3-1.圓的漸開線形成 3.3漸開線的特征 根據漸開線的形成的過程，可知漸開線具有下列特征： 發(fā)生線沿基圓滾過的長度，等于基圓上被滾過的圓弧長度； 因發(fā)生線Bk即為漸開線在點k的法線。又因為發(fā)生線恒切于基圓，故可得出結論：漸開線上任意點的法線恒與其基圓相切； 發(fā)生線與基圓的切點B也就是漸開線在k點的曲率中心，而線段Bk是漸開線在點k的曲率半徑。 漸開線形狀取決于基圓的大小，在相同展角處，基圓的大小不同，其漸開線的曲率也不同。3.4渦旋線的成形 當圓的漸開線起始角為，基圓半徑為a，其展角為時，應用變端點矢量來表示，x軸方向的單位矢量為，y軸方向的單位矢量為 ，則有： 以參數方程表示為 當漸開線初始角為-時其參數方程 當漸開線初始角為零時 由于渦旋體作為壓縮機的轉子或定子，必須具有一定得壁厚，這可利用不同的初始角的漸開線，來構成渦旋體的內外壁，可知，其漸開線A點坐標 其斜線的斜率為 而點P處的斜率為 由和相乘得 由可知，漸開線的發(fā)生線與漸開線的切線正交，故漸開線的發(fā)生線即為該點的法線；以初始角與-所形成的渦旋體各點的法向厚度即為展開線矢徑的長度差： 式中a為基圓半徑，t為渦旋壁厚，是常量漸開線的節(jié)距為：節(jié)距p也是一個常量，由此可見渦旋體處處等壁厚等節(jié)距，其可用同一銑刀加工，銑刀直徑。3.5渦旋線型的修正 設計動、靜渦旋盤時，常對原始渦旋型線進行修正，以實現不同的目的，為了減少渦旋壓縮機的幾何尺寸，可以將渦旋體偏置于渦旋低端板上，也可以通過改變渦旋型線的布置來獲得比較小的壓縮機體積。當其它幾何參數相同時，為獲得較大的幾何壓縮比，在漸開線的起始段用圓弧代替，從而減輕刀具對漸開線的干涉程度，增大了開始排氣角。因為圓弧曲線是共軛曲線，因此，在漸開線的氣勢段用圓弧曲線進行修正是合適的。3.5.1修正型線方程當圓的漸開線上點A的展開角為時，對其進行修正，則點A、B、D、E 的坐標分別為： 直線方程為 圓心O1的坐標由下式決定 圓心O2的坐標由下式決定 則兩圓心距離 這種情況下，兩個修正圓相切型線是光滑連續(xù)的一種理想的曲線，常稱為PMP型線。3.5.2圓弧修正后渦旋壓縮機的特點 充分減少了漸開線起始段構成的無用容積，即無修正時形成的余隙容積。提高了渦旋壓縮機的壓力比。在相同壓力比時，經圓弧修正后的渦旋壓縮機可設計成更加緊湊的結構。改善了漸開線起始段的切削工作狀態(tài)的受力特性。經過圓弧修正后的旋壓縮機，可獲得較高的工作效率，圖3-2即為排氣孔處的圓弧修正。 圖3-2.渦旋體的修正修正后的渦旋修正前的渦旋渦旋體第4章 壓縮機附件及密封細節(jié)4.1防自轉機構十字環(huán) 結構：十字環(huán)防自轉機構有兩種結構形式，一種是十字連接環(huán)一種是十字滑塊。十字聯(lián)接環(huán)上兩對凸臺分別與支架體和動渦盤可滑動槽連，如圖4-1。 原理：使動渦旋體繞主軸中心轉動時，十字環(huán)的凸臺分別在滑動槽中滑動，動渦盤與支架體上的4個滑動槽分別對稱布置，運動時達到旋轉效果。特點：結構簡單，容易制造，易裝配，體積小，但是易磨損。圖4-1.十字環(huán)防自轉機構滾珠軸承 結構：兩幾何形狀相同孔板分別安在機體和動渦旋體上，在孔板間設置鋼球連接孔板。原理：動渦旋體平動時，鋼球可在孔內轉動。要求：平動半徑為R時， 孔板孔為2R，鋼球半徑為R。 特點：結構簡單，易加工，可實現滾動支撐，減少磨損。注：當滾軸承設計成特殊結構型式時，滾環(huán)不僅可以承受動渦旋盤上的軸向作用力，而且可以防止動渦旋盤的自轉，動渦盤與支架上的滾槽有很高的位置精度要求，而且采用特殊滾環(huán)結構時，主軸偏心是不能自動調整， 特殊結構滾珠的個數沒有特殊要求，滾珠少則每個滾珠的受力會增大，滾珠太多，滾槽位置精度及尺寸精度將難以保證。一般情況下，滾珠的個數以8-20個為宜，如圖4-2。 圖4-2.滾動軸承防自轉機構圓柱銷 結構：在機座上安裝孔板，動渦旋體上裝入圓柱銷，圓柱銷插入孔板的孔內。 原理：當動渦旋體平動時，銷在孔內平動，回轉半徑R。 要求：銷半徑2R,孔徑4R特點：受力好，結構簡單，但無支撐作用。與十字環(huán)結構相比,圓柱銷防自轉機構具有以下結構特點:1.十字環(huán)結構允許主軸偏心量發(fā)生變化,圓柱銷結構要求主軸偏心量取定值。2.十字環(huán)結構要求不同方向的鍵垂直即可,圓柱銷結構對銷及槽的位置精度有嚴格要求。注：圓柱銷不是單個使用,而是三個同時工作。它們的一端與動渦盤或支架過盈配合，另一端則在支架或動禍盤的圓柱槽中作平面運動，如圖4-3。 圖4-3.圓柱銷防自轉機構小曲柄銷結構：小曲柄銷的軸頭部分位于支架上的軸孔中,曲柄銷位于動渦盤的曲柄銷孔中,同時使用的小曲柄銷有l(wèi)-3個,最常見的布置方式為圓周均布型。原理：小曲柄銷具有與偏心主軸相等的偏心量,其工作過程也與偏心主軸相類似。由此,偏心主軸與小曲柄銷構成了一個平面連桿機構,從而限制了動渦盤的自轉運動。特點:結構簡單、體積小、易裝配、無慣性力、工藝性較好、轉動靈活、不易磨損、適合于大小偏心距的渦旋機械,但是制造精度較高,滑潤比較困難。只能承受徑向力,不能承受軸向力,不具有止推軸承的作用是它的不足之處。此種此種機構主要用于大渦旋盤流體機械中。 本設計中的渦旋壓縮機選擇結構簡單，容易制造，易裝配，體積小的十字環(huán)防自轉機構，通過對其淬火以及表面磷化處理后達到使用要求。4.2軸承及支承由于本設計的渦旋壓縮機的氣壓值并不高，于是選擇兩個深溝球軸承。軸承是渦旋壓縮機的結構中不可或缺的一部分。曲軸做旋轉運動還需要支承，支承的效果會影響軸承的受力狀況和曲軸的工作狀態(tài)，在本設計中利用支架體的軸承座作為支承部分，本設計中有上下支承，用于安裝軸承并支撐主軸，上支架體如圖4-4,用于支撐十字環(huán)和主軸承。 圖4-4.上支架體4.3壓縮機的性能壓縮機能否得到高的工作性能，在很大程度上取決于密封及潤滑的有效性。由于加工精度、裝配精度以及動渦盤受力等影響，渦旋壓縮機的壓縮腔會有一定的徑向和軸向間隙，這些間隙必須采取有效的密封措施。潤滑是保證渦旋壓縮機可靠工作的重要環(huán)節(jié)，潤滑油除了潤滑軸承外還起到導熱及密封作用。4.4徑向密封 徑向密封主要靠控制動渦盤與靜渦盤渦旋體側壁面之間的徑向間隙來實現的。理論上講，動靜渦盤的側壁面沿徑向并不接觸，而是形成一個很小的間隙值，由于潤滑油及高速主軸旋轉的雙重作用，單位時間內通過徑向間隙的切向氣體泄露受到了限制。實際上由于形位精度及裝配精度的影響，動靜渦盤渦旋體的側壁面之間會有輕微的接觸。由于是滑動接觸，所以造成的功耗是比較小的。當主軸偏心量Ror，動靜渦旋體的壁厚t和節(jié)距p不滿足時，會出現以下情況：在時，動靜渦盤的渦旋體側壁面之間有很大的接觸力，嚴重時渦旋壓縮機無法裝配或不能正常運轉。在時，徑向間隙值很大，渦旋壓縮機工作時，沿徑向間隙的切向氣體泄漏量明顯增加，容積效率下降，排氣溫度提高，渦旋壓縮機也不能正常工作。 解決以上兩種異常情況的方法之一，就是渦旋壓縮機的回轉半徑能夠自動調節(jié)Ror，使實際偏心量滿足p和t的要求，解決了渦旋壓縮機的徑向間隙密封和可靠性運轉問題。4.5軸向間隙軸向間隙的泄漏線長度比徑向泄漏線長度大得多，因此，軸向間隙的密封效果就比徑向間隙的密封效果重要得多。當動渦盤背壓施加一定的作用力來限制壓縮腔中的氣體對動渦盤的作用力，而導致動靜渦盤沿軸向脫離時，渦旋體高度及頂部與底部平面的平面度、平行度就是軸向間隙密封的重要因素了，即依照渦旋盤的加工精度來保證軸向間隙的有效密封，背壓腔平衡機構就是采用這種方法。如果動渦盤上受到的軸向氣體作用力，傳遞到支架上安裝的軸承，則壓縮機工作時，其壓縮腔頂部留有一定間隙，造成徑向氣體泄漏。在這種情況下，密封軸承間隙的有效方法之一就是設立密封條，其材料常采用聚四氟乙烯，即優(yōu)質的PTFE樹脂。采用聚四氟乙烯材料時密封條采用整體結構。4.6潤滑渦旋壓縮機的軸承、各個相對滑動摩擦表面都需要潤滑，油怎樣到達各個摩擦面就成為了結構設計的一個重點。高壓渦旋壓縮機主要靠壓差供油，即潤滑油在壓縮氣體的一定壓差下，從油池將潤滑油壓入背壓腔，到達各個接觸表面，達到潤滑目的。而本設計為低壓渦旋壓縮機，通過在主軸鉆通油孔，并在主軸底部安裝油泵，潤滑油通過油泵的壓縮從主軸的油孔進入曲柄銷與動渦盤的裝配處，而后通過縫隙向下流到主軸承潤滑主軸承，而后繼續(xù)沿著主軸與支架體的縫隙經過副軸承最終回到油池，而少許的油霧隨著制冷劑進入到渦旋體中對渦旋體進行潤滑。4.7結果通過對渦旋壓縮機主要零部件及其附件設計裝配完成后得到本次設計的渦旋壓縮機裝配圖，如圖4-5,利用UG建模得到渦旋壓縮機的三維模型如圖4-6,圖4-7。圖4-5.渦旋式壓縮機裝配圖1-底座 2-磁環(huán) 3-油泵 4-上油管 5-下支撐 6-副軸承 7-機殼 8-電動機定子 9-電動機轉子 10-主軸 11-大平衡鐵 12-主軸承 13-上支撐 14-偏心塊 15-滑動軸承 16-十字環(huán) 17-動渦盤 18-六角螺栓19-彈簧墊圈 20-靜渦盤 21-上殼蓋 22-排氣管 23-止回閥 24-排氣管座 25-進氣管座 26-濾網 27-進氣管 28-小平衡鐵 油泵下支撐圖4-6.渦旋壓縮機零部件UG模型深溝球軸承上支撐靜渦盤主軸動渦盤 圖4-7.渦旋壓縮機UG模型第五章 基于NX Nastran解算器的有限元分析本設計采用的是UG8.0自帶的Nastran解算器進行有限元分析，從而可以校核主軸或者其他重要零件的受力變形和使用壽命。這里主要對渦旋壓縮機的主軸進行有限元分析。建立一個主軸的三維模型，其尺寸由計算部分給出 圖5-1.主軸模型已知主軸材料為40Cr，從UG的仿真界面的材料庫可以找到改材料，即Iron_40，在建立高級仿真后對主軸指派材料 圖5-2.指派材料材料的具體屬性如圖5-3 圖5-3.材料屬性在指派材料后，采用3D四面體10結點網格對主軸進行網格劃分 圖5-4.網格劃分 圖5-4.網格劃分有限元網格劃分正確后，在仿真導航器中的約束容器中為主軸添加約束，約束點為主軸承和副軸承的安裝位置，選擇柱坐標系，約束x、y、z移動，其余自由。圖5-5.添加約束 按照計算手稿為有限元模型添加載荷，紅色為載荷分布，藍色為約束，如圖5-6 圖5-6.添加載荷表5-1.仿真報告結果匯總用Nastran解算器求解以上模型，進入后置處理，生成報告并導出仿真報告，得到結果匯總。Subcase - Static Loads 1 : Number of Iterations = 1 位移 (mm)應力 (mN/mm2(kPa)XYZMagnitudeVon-MisesMin PrincipalMax PrincipalMax Shear靜態(tài)步長 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從結果匯總中可知最大位移為0.007959mm，最大應力為15.79Mpa遠小于材料的135Mpa，符合要求。在后置處理導航器中雙擊結果，展開結果便可得到位移-節(jié)點、應力-單元節(jié)點、應力-節(jié)點等的仿真圖A. 位移節(jié)點圖圖5-7.位移節(jié)點圖B. 應力單元節(jié)點圖 圖5-8.應力單元圖C. 應力單元節(jié)點圖 圖5-9.應力單元節(jié)點圖D. 應力單元節(jié)點圖圖5-10.反作用力節(jié)點圖至此，完成了基于NX Nastran解算器的主軸的有限元分析。總 結 近兩個月的畢業(yè)設計已經結束。在這次畢業(yè)設計中，我在大學所學的理論知識再一次得到了綜合運用，同時也涉及到了許多過去沒接觸過的知識，如本次設計的主題空調用渦旋式壓縮機，雖然平時對空調已經司空見慣，但是當我開始設計時才發(fā)現空調的真實面目，通過老師的幫助并且查閱了許多資料后，才對渦旋式壓縮機有了粗略的了解；還有在本次設計其間所用的繪圖軟件的很多以前沒用過的功能也得到了運用，使得我更加了解和熟悉所用的繪圖軟件。在整個設計中，通過查閱及搜集相關資料，我了解到了渦旋壓縮機設計的一般過程，熟悉了與我們專業(yè)息息相關的繪圖軟件和辦公軟件，學會了查閱各種資料及如何運用所查到的資料。學會了獨立思考和運用所學知識，明白了有針對性的學習更有效率。本設計中采用的繪圖工具有AUTOCAD、UG8.0、CAXA等，提高了繪圖質量縮短了繪圖時間，通過UG的Xastran解算器的有限元分析大大減少了我的計算量、工作量，計算機輔助設計制造在未來的機械領域的重要性可見一斑。因所學知識以及參考資料有限，外加設計經驗不足，本次設計或多或少存在一些缺點與不足。通過本次設計，我更加清醒地認識到，要得到一套合格的設計方案，沒有一定的理論知識，沒有一定的軟件使用能力，沒有一定的實踐經驗，沒有耐心細心的計算是不行的?？偟恼f來，這次的畢業(yè)設計讓我對所學的機械設計的知識有了更深刻的理解，對機械制圖有了更多的實踐，通過利用所學理論知識和所學軟件的操作，完成了本次的設計任務，為今后的工作打下了堅實的基礎。參考文獻1劉振全. 渦旋式流體機械與渦旋壓縮機M. 北京：機械工業(yè)出版社，2009年2王宗明. 壓縮機M. 北京：中國石化出版社，2012年3李連生. 渦旋壓縮機M. 北京：機械工業(yè)出版社，1998年4中華人民共和國行業(yè)標準：全封閉渦旋式制冷壓縮機. 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