涡旋膨胀机齿头修正的理论研究

对圆渐开线涡旋型线的齿头修正展开了研究。首先从圆渐开线几何学出发,叙述了涡旋膨胀机的几何模型,探讨了涡旋齿齿头修正方法。为了提高涡旋机械的综合性能,着重分析了型线修正问题,研究了双圆弧修正与双圆弧加直线修正的修正参数的变化规律和修正面积系数的变化规律,为涡旋膨胀机的几何模型研究奠定了基础。     

基于圆渐开线涡旋膨胀机几何模型的研究

以圆渐开线等截面涡旋型线为基础,对涡旋膨胀机的几何模型进行了探讨。从圆渐开线几何学出发,对涡旋齿齿头修正进行了论述,并以双圆弧加直线修正为例,用解析法得到修正后齿头面积变化。通过积分法对涡旋膨胀机各腔容积进行了模拟计算,得出工作腔容积以及容积变化率随主轴转角的变化规律。将修正与未修正型线构成的涡旋膨胀机吸气腔容积做对比分析,得出齿头的修正对工作腔容积的影响较小,但其刚度明显增大。最后,对涡旋膨胀机的泄漏进行了分析并计算出径向泄漏线长度,为涡旋膨胀机的热力学研究奠定了良好的基础。     

多涡旋齿涡旋压缩机的双圆弧型线修正研究

建立了双涡旋齿、三涡旋齿及四涡旋齿的双圆弧修正的作图方法,进而得到了任意齿数的多涡旋齿双圆弧修正的通用方法,并分析了齿形参数的变化对修正齿形特点及压缩机性能的影响。通过对不同齿数的多涡旋齿修正齿形啮合特性的讨论,提出了一对大小圆弧能作为多涡旋齿啮合型线的条件,证实了用该修正方法所得到的修正涡旋齿在工作中能实现完全啮合。研究结果表明,多涡旋齿的双圆弧型线修正不但提高了压缩比和齿头强度,而且改善了齿头型线的加工特性,所得到的修正齿形具有较高的综合性能。     

双涡圈涡旋压缩机完全啮合型线修正理论研究

创建了双涡圈渐开线型线能实现完全啮合的修正方法,得到了该修正涡旋齿的生成方法、齿形特点和修正齿头各修正参数之间的通用关系式及修正圆弧方程。推导出了修正涡旋齿轴向投影面积的精确计算公式,提出了任意曲轴转角下的压缩腔容积的计算方法,分析了各修正参数对修正涡旋齿性能如压缩比和齿头强度等的影响。研究结果表明:只须确定修正展角φ,即可确定修正涡旋齿头的齿形和其它各修正参数的数值;随着φ取值的增加,压缩比减小,涡旋齿头增厚,因而其强度增加。     

对称修正齿端涡旋压缩机排气孔研究：兼对《涡旋压缩机的涡旋型线始端修正

阐明了涡旋压缩机齿端修正参数的确定原则，通过计算实例说明了对称圆弧和对称圆弧加直线修正压缩机涡线及齿端参数的设计方法；对无排气阀涡旋压缩机的实际排气过程和排气孔的开启规律进行了深入分析，得到了排气孔开设的一般原则及改善排气孔以减少排气损失的关键所在；给出了这两种修正方法常用的排气孔型式及其生成方法；对有排气阀压缩机的排气角作了简单分析。     

采用圆渐开线修正涡旋压缩机涡齿型线

确定了一对圆渐开线作为涡旋齿啮合型线的条件,创建了用圆渐开线修正涡旋齿齿头而得到全啮合型线的修正方法。详细介绍了该修正齿形的生成方法,得到了各齿形参数间的变化关系、修正型线方程和各连接点的坐标,讨论了修正齿形的特点和齿形参数的变化对修正齿形的影响。相同条件下与双圆弧修正齿形相比,圆渐开线修正齿形增加啮合转角10°～25°,增加涡旋齿的加强角度12°～30°,能进一步提高压缩比和齿头强度。结果表明: 该修正方法优于现有的任何一种型线修正方法,所得到的修正涡旋齿的综合性能较高。研究结果可直接应用于型线修正设计中。     

对称修正齿端涡旋压缩机排气孔研究——兼对《涡旋压缩机的涡旋型线始端修正及排气过程研究》一文商榷

阐明了涡旋压缩机齿端修正参数的确定原则, 通过计算实例说明了对称圆弧和对称圆弧加直线修正压缩机涡线及齿端参数的设计方法; 对无排气阀涡旋压缩机的实际排气过程和排气孔的开启规律进行了深入分析, 得到了排气孔开设的一般原则及改善排气孔以减小排气损失的关键所在; 给出了这两种修正方法常用的排气孔型式及其生成方法; 对有排气阀压缩机的排气角作了简单分析。     

涡旋膨胀机异形修正型线的进气口优化分析

从提高涡旋膨胀机气动功率转化效率出发,通过分析涡旋膨胀机中常用的PMP修正型线在应用中所产生的齿头入侵进气口严重的问题(最大入侵率达50%),导致进气口处气流摩擦因数增大。所以,在双圆弧加直线齿头修正型线的基础上,提出一种涡旋齿头异形修正型线的方法。根据异形齿头修正型线的特点,得出异形齿头修正型线的齿头入侵率低(最大入侵率仅为9%),进气口处气流摩擦因数小。此外,在进气过程中,任意时刻的实际进气口能够保持相对圆滑,从而减少进气口处气流摩擦因数,降低了进气口功率损耗。并且可实现涡旋膨胀机对称同步膨胀,从而达到功率平稳输出、减少机械振动的效果。因此,从理论上减少膨胀进气口功率损失,提高了涡旋膨胀机气动功率转化效率。     

驱动轴承内嵌式双涡旋齿涡旋压缩机气体力的分析

使用涡旋型线始端展角和终端展角几何参数,对驱动轴承内嵌式双涡旋齿涡旋压缩机的吸气容积、排气容积、压缩比建立了计算公式;对作用于双涡旋齿动涡盘的气体力建立了分析模型;并通过计算与传统的双涡旋齿气体力进行了比较。结果表明,驱动轴承内嵌式双涡旋齿涡旋压缩机相对于传统的双涡旋齿涡旋压缩机,切向、轴向和径向气体力均减小,输气量更大,运行更平稳。     

结合粒子群算法的双涡圈涡旋盘动力特性优化研究

满足一定热力性能的双涡圈涡旋盘的几何参数可有无限多组,而由不同几何参数构建的涡旋盘的动力性能却差别巨大,如何通过优化涡旋盘的几何参数来提高其动力性能成为设计的难点。为此,提出了一种基于粒子群算法的涡旋盘几何参数优化方法。以离心惯性力为优化目标,运用MATLAB软件对其进行迭代优化,并分析了型线几何参数对离心惯性力、轴向气体力、径向气体力、切向气体力以及倾覆力矩的影响。结果表明：优化后涡旋盘所受离心惯性力减小,高转速下离心惯性力减小幅度更大。优化后涡旋盘所受轴向气体力减小,轴向气体力脉动幅度变化不明显。而一味追求较小的的涡旋盘直径,会导致涡旋盘受到的倾覆力矩增大。该优化方法可为双涡圈涡旋盘的设计提供参考。     

涡旋压缩机非对称单圆弧修正方法

为了提高涡旋压缩机排量,提出了一种涡旋齿型线的非对称单圆弧修正方法。阐述了修正圆弧的生成方法,建立了修正圆弧方程,证明了修正圆弧能实现完全啮合,推导了不同修正展角下排气体积计算公式,对比分析了采用单圆弧修正和双圆弧修正时涡旋压缩机的排气体积和排量。研究结果表明,与对称双圆弧修正方法相比,非对称单圆弧修正方法在同等修正展角下提高了涡旋压缩机排气体积,同等排气温度下提高了涡旋压缩机排量。非对称单圆弧修正方法为大排量涡旋压缩机的设计提供了参考。     

一种变截面涡旋膨胀机的几何模型及容积变化

提出一种圆渐开线、高次曲线、圆渐开线、双圆弧加直线修正的变截面涡旋膨胀机的组合曲线,建立其涡旋型线的数学表达式,详细描述了其腔体容积计算公式,建立几何模型。作出容积变化曲线,分析了变截面涡旋膨胀机的容积变化,并在涡旋齿头修正、基本参数相同的情况下,对比变截面、等截面涡旋膨胀机工作过程中容积变化,得出变截面涡旋膨胀机在容积变化率上比等截面涡旋膨胀机有显著提高,容积之差最大为42.19%,说明此变截面涡旋膨胀机具有更高的膨胀比,也为后续提高涡旋膨胀机的性能奠定了基础。     

涡旋压缩机非对称型线圆弧齿端修正的研究

当前涡旋压缩机的涡旋齿通常采用圆渐开线的对称型线，存在吸气过热、低绝热效率、难以提高压缩比等问题。针对这些问题采用非对称圆弧齿端修正的设计，解决了对称圆弧修正中的不足，更好地兼顾内容积比和齿端强度。通过理论计算，该设计缩小了两工作腔内容积比之差，减少排气的气流脉动；同时运用CAE仿真分析在气体温度及压力载荷共同作用下，非对称型线设计的涡旋齿端的应力与变形最大值减小。最后实验证实了非对称型线齿端修正能够降低功耗、提升压缩机的性能与可靠性。     

双圆弧齿轮基本参数对齿根弯曲应力的影响

基于任意转角位置的双圆弧齿轮齿廓数学模型，在Pro/E环境中构建了双圆弧齿轮模型，研究分析了不同的基本参数对齿根弯曲应力的影响。其分析结果将为双圆弧齿轮设计、参数优化选择等提供参考依据。     

双圆弧齿轮基本参数对齿腰弯曲应力的影响

基于任意转角位置的双圆弧齿轮齿廓数学模型,在Pro/E环境中构建了双圆弧齿轮模型,研究分析了不同的基本参数对齿腰弯曲应力的影响。分析结果可为双圆弧齿轮设计、参数优化选择等提供参考依据。     

涡旋压缩机气体力的影响因素分析

在气体力模型基础上,结合涡旋压缩机的基本参数和设计参数,分析了气体力的影响因素。得出基圆半径、节距、齿高、压缩比、排气量对气体力的影响情况。分析结果为减小涡旋压缩机的振动和噪声提供依据,为涡旋压缩机的动力平衡提供支撑。     

多涡旋齿圆渐开线和圆弧组合型线构建

创建出多涡旋齿的圆渐开线-圆弧组合型线,研究了单涡旋齿、双涡旋齿和三涡旋圆渐开线-圆弧组合型线的齿形特点、生成规律和齿形参数间的关系,得出了圆弧作为单涡旋齿及任意齿数的多涡旋齿啮合型线的条件,形成了多涡旋齿圆弧组合型线的通用理论.所提出的圆弧组合型线不但能实现正确啮合,而且对于丰富多涡旋齿型线类型和促进多齿涡旋压缩机的发展具有重要意义.     

基于遗传算法的双圆弧谐波齿轮的优化与分析

双圆弧谐波齿轮传动过程中产生的"双共轭"现象对谐波传动的承载能力有重要影响,为此,提出了一种基于遗传算法的针对谐波齿轮啮合时的"双共轭"区间的优化方法.首先,运用包络法求解柔轮的理论共轭齿廓;然后,以两段共轭齿廓的贴合程度为目标,建立了一种基于遗传算法的双圆弧谐波齿轮参数优化模型.使用此模型对柔轮参数进行优化设计,结果发现,该优化方法能对较多的参数进行优化且可以减少计算时间.对优化后的参数进行单参数敏感度分析,发现目标函数对凸齿圆弧半径、凹齿圆弧半径及齿厚比的敏感度低.因此,可以通过适当放宽低敏感度参数和控制高敏感度参数尺寸误差的方式来控制柔轮制造的精度并增加双圆弧谐波齿轮啮合时的"双共轭"区间.     

圆弧类涡旋修正齿型的设计方法研究

在深入分析涡旋压缩机渐开线齿型端部修正目的的基础上,提出了涡旋齿端的基本修正原则,得出了齿型的选取依据,提出了型线及齿端参数的设计步骤,给出了圆弧类修正齿型结构内容积比的通用计算方法。系统研究了三种常用修正齿型的特征,并提出了其工程设计方法,解决了多自由度修正齿型无法直接设计的工程问题。     

涡旋齿的不对称修正及异步吸气涡旋压缩机性能研究

现有异步吸气涡旋压缩机,在排气口开启瞬间存在不同压力气体的混合进而造成不可逆排气损失。针对这一问题,提出了一种基于中线的不对称圆弧修正方法,研究了修正参数对异步吸气涡旋压缩机性能的影响,构建了一种两组工作腔最大内容积比相等的新型异步吸气涡旋压缩机的涡旋齿,并对其工作腔内部流场进行了三维数值模拟。