立铣刀齿数和螺旋角对铣削变截面涡旋盘影响仿真研究

变截面涡旋盘加工精度要求高,刀具的选择直接影响加工质量。通过分析涡旋压缩机工作原理以及刀具参数对铣削变截面涡旋盘的影响,建立了高速铣削HT250铸铁变截面涡旋盘的仿真模型及简化后的二维铣削模型,利用ABAQUS软件分析了刀具齿数和螺旋角对铣削力和铣削温度的影响规律。试验表明,随着刀具齿数的增加,切向力F_x、径向力F_y和轴向力F_z都增大,铣削温度也逐渐增大;随着螺旋角度的增大,切向力F_x和径向力F_y减小,轴向力F_z增大,铣削温度先减小后增大。分析表明,合理的刀具参数可以减小涡旋齿的变形,本研究可为加工变截面涡旋盘时选择合理的刀具齿数和螺旋角提供依据和参考。     

变截面涡旋盘高速铣削仿真加工与实验研究

为减小变截面涡旋盘涡旋齿的变形,提高加工精度,需确定合理的铣削参数。开展了变截面涡旋盘高速铣削仿真与实验研究以确定铣削参数的合理取值范围;选用HT250变截面涡旋盘为研究对象,研究了更接近实际的材料本构模型、刀-屑摩擦模型和热传导控制方程等关键技术;建立了变截面涡旋盘几何模型和简化后的二维铣削模型,利用ABAQUS软件仿真切屑成形过程及不同的铣削参数对铣削力、铣削热影响的变化曲线;通过多因素正交实验加工变截面涡旋盘。结果表明:当主轴转速为3500 r/min、每齿进给量为0.1 mm以及切削深度为2.5 mm时进行铣削更加合理。铣削变截面涡旋盘的研究为加工参数的选择提供了依据和参考;依据实验后所得的铣削参数进行铣削可减小铣削力、铣削温度及齿变形,提高了变截面涡旋盘的加工效率和质量。     

变截面涡旋压缩机数学模型及试验研究

为详细研究变截面涡旋压缩机的性能特点,提出一种圆渐开线、高次曲线和圆弧组合的变截面型线,根据几何模型得到工作腔容积的变化情况。基于能量和质量守恒,充分考虑工作过程中的吸气加热、轴向和径向泄漏、工质与涡旋齿和涡旋盘的传热,构建变截面涡旋压缩机的整体数学模型,通过对数学模型的求解,详细分析实际气体在工作过程中温度、压力和质量随曲轴转角的变化规律。采用研制开发的变截面空气涡旋压缩机建立测试平台,并将模拟计算得到的排气温度、质量流量和轴功率与试验数据进行对比,结果表明,构建的数学模型能够准确描述变截面涡旋压缩机的吸气、压缩及排气全过程,该研究为定量化分析、优化及提升变截面涡旋压缩机的性能提供了有利工具。     

基于双圆弧插补法的变截面涡旋盘的数控加工

给出了变截面涡旋压缩机常见组合涡旋型线的数学模型,利用双圆弧插补法对组合涡旋型线进行逼近,通过MATLAB软件编程拟合组合涡旋型线,并分析了拟合误差。用拟合曲线作为涡旋盘精加工时的刀具轨迹,在加工中心上对涡旋盘进行加工。最后,采用三坐标测量机对变截面涡旋盘的精度进行检测。检测结果表明,涡旋盘的加工精度满足要求。用基于双圆弧插补方法的型线逼近法设计数控加工组合涡旋型线的方法加工效果好,刀具轨迹拟合误差和计算量明显减少,且通用性和实用性强,对新型变截面涡旋体的数控加工具有重要的意义。     

型线参数对变截面涡旋齿径向泄漏线长度的影响

涡旋压缩机径向泄漏线长度是影响泄漏量的关键因素。为了准确计算和控制径向泄漏线长度,以圆渐开线+高次曲线+圆弧组成的涡旋型线为研究对象,建立组合型线涡旋压缩机径向泄漏线长度瞬时计算模型,分析型线参数变化(基圆半径、圆弧半径,齿厚调节系数、连接点、回转半径等)对泄漏线长度的影响。结果表明：该模型能够准确计算组合型线涡旋压缩机径向瞬时泄漏线长度,得出不同参数下泄漏线长度随主轴转角的变化规律,分析出型线参数对泄漏线长度的影响程度。为控制泄漏线长度和减小涡旋压缩机泄漏量提供参考,同时该模型还适用于其它型线径向泄漏线长度的计算。     

基于ABAQUS的刀具几何参数对铣削HT250铸铁变截面涡旋盘的影响

由于变截面涡旋盘加工比较复杂,且加工精度要求高,需考虑刀具几何参数。开展HT250铸铁变截面涡旋盘高速铣削仿真,研究刀具几何参数对其的影响,并通过试验加工出变截面涡旋盘实体;构建由三段基圆渐开线组成的变截面涡旋盘数学模型,建立三维铣削模型和简化后的二维铣削模型,基于ABAQUS软件分析加工时刀具前角、后角和钝圆半径对铣削力和铣削温度的影响规律,得到不同刀具几何参数的铣削应力云图和铣削温度分布云图。通过刀具几何参数对变截面涡旋盘铣削力和铣削温度影响规律的研究,为选择合理的刀具几何参数提供依据和参考,便于提高变截面涡旋盘加工精度。     

型线曲率半径变化对涡旋压缩机性能的影响

为了研究所构造型线的曲率变化对涡旋压缩机性能的影响,构建了基于曲率半径函数方程的组合涡旋型线;建立了吸气腔、压缩腔和排气腔容积数学模型,得到了涡旋压缩机的轴向、切向和径向气体力随曲轴转角的动态变化规律。通过MATLAB数值模拟结果表明:母线的曲率变化对涡旋压缩机动力学特性的影响显著;母线曲率变化主要影响切向气体力的变化速率和径向气体力的幅值大小波动,进而对于振动、密封和泄漏有着直观的影响。     

变截面复杂涡旋型线的加工几何与力学仿真

由于变截面涡旋压缩机型线非常复杂,加工精度要求也非常高,导致在通用数控机床上实现高效、高精、高可靠性量产面临诸多困难。文章利用CAD建立变截面涡旋齿实体模型,CAM进行加工策略规划。结合加工条件,建立了圆柱立铣刀动态切削力模型,针对不同加工策略,进行切削力时域仿真,获取了相应的颤振稳定域图,优化了切削参数。最后利用Vericut软件对实际加工特性进行可视化仿真,实现了几何仿真和动力学仿真的完美结合,获取了涡旋齿的过切和残留量。实现在首次生产时,就能加工出合格零件,从而节约时间和成本,提高加工质量,最大限度地发挥现有装备、工具以及加工工艺的生产力。     

变截面涡旋盘薄壁齿高速铣削仿真及实验研究

针对方程曲线构建的变截面涡旋齿加工质量难以控制,薄壁齿易变形,精加工铣削参数难以确定等加工难点,利用DEFORM-3D软件建立薄壁齿微尺寸铣削有限元模型.实时观测涡旋薄壁齿的铣削状态,采集了第三变形区的铣削热和平均铣削力,优化影响壁面加工质量得进给量为0.05 mm/r,铣削深度为0.5 mm.最终通过实验验证了Fx方向平均铣削力最大相对误差为18.89％,Fy方向平均铣削力最大相对误差为11.82％,为复杂方程壁面铣削加工参数的选择提供了一种新思路.     

二阶可微型线对涡旋压缩机性能的影响

针对传统变截面涡旋型线在构造形式上采用一阶可微连接方式时存在型线不光顺的问题,提出一种基于二阶可微的涡旋型线连接方法。利用该方法建立了吸气腔、压缩腔和排气腔的容积模型,并对作用在动涡旋上的轴向、切向和径向气体力在实际工况参数下进行了模拟计算。计算结果表明:涡旋型线的连接方式对涡旋压缩机容积性能和动力性能的影响比较显著;相比于一阶可微,采用二阶可微连接方式,行程容积和压缩比分别提高了19.20%,17.13%,轴向力、切向力和径向力均明显减小。可见,采用二阶可微连接方式的变截面型线涡旋压缩机,容积性能较高,动力学优势会更加突出,研究方法和结果可为涡旋压缩机设计提供参考。     

圆渐开线变截面涡旋压缩机几何性能综合分析

提出一种由不同基圆半径的圆渐开线组成的新型变截面涡旋压缩机型线,组成形式为圆渐开线Ⅰ+圆渐开线Ⅱ+圆渐开线Ⅰ。论述型线的生成方法,给出型线的一般方程,建立一系列圆渐开线变截面涡旋压缩机的几何模型。针对建立的几何模型,分析控制系数θ、φ^*、R_or对变截面涡旋压缩机几何性能的影响。以圆渐开线Ⅰ为基础,构建圆渐开线Ⅰ+高次曲线+圆渐开线Ⅰ的变截面涡旋压缩机的几何模型,综合分析两类变截面涡旋压缩机的几何性能。结果表明：θ取中值θ_M,φ^*,控制系数R_or取较大值,对应的几何性能较优。高次曲线变截面涡旋压缩机与中值θ_M对应的圆渐开线变截面涡旋压缩机相似,可相互替代。     

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。     

热-力耦合作用下变截面动涡旋齿变形的研究

为了研究变截面涡旋齿的应力和应变,文章从涡旋型线方程入手,生成涡旋齿三维模型,建立气体载荷计算模型,采用试验方法测量涡旋盘各个位置的温度值,最后利用有限元软件分析,在气体载荷单独作用下和气体载荷与温度载荷耦合情况下涡旋齿的变形规律。结果表明:变截面涡旋齿在气体载荷和温度载荷作用下变形量很小,最大变形量仅为0.756μm,这位变截面涡旋齿的进一步应用提供理论支持。     

涡旋压缩机复杂变截面涡旋型线高速加工研究

针对变截面涡旋压缩机涡旋组合型线的复杂性,齿槽窄、齿高厚比大、变形量大和加工精度要求高且在高速切削中易产生颤振等加工难点,利用有限元法获取粗、精加工涡旋盘的实体模型,键槽铣刀和立铣刀的模态参数,并通过MATLAB软件得到进给速度和激振频率的拟合曲线,切削速度和激振频率的拟合曲线,避免了粗、精加工切削参数选择不当引起的振动,为高速切削用量的选择提供了理论依据。通过切削实验加工出了变截面涡旋盘,证实了方案的高效可靠性。     

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。     

椭圆弧齿圆柱齿轮的一种铣削加工方法

在研究圆弧齿线圆柱齿轮的基础上,提出了全齿宽啮合型椭圆弧齿圆柱齿轮的铣削加工方法。通过分析其理想几何参数,推导了齿轮齿面及啮合重合度方程。利用齿轮齿条模型分析了刀具与椭圆齿线的形成过程,提出椭圆弧齿圆柱齿轮的铣削加工原理,并进行了齿轮的铣削加工。斜安装的刀具加工形成的齿轮在径向截面上都是渐开线齿廓,齿线在分度圆柱面的展开曲线为椭圆的一部分,凸齿面齿线与凹齿面齿线具有相同的几何形状参数。该加工原理可以完成椭圆弧齿圆柱齿轮的高效铣削,也适用于该齿轮的磨削。     

变截面涡旋齿三维形貌分析与功率谱密度表征

为了量化表征变截面涡旋齿形貌的变化规律并提取特征信息,以45#钢和硬铝7075材料进行了3段基圆渐开线变截面涡旋铣削加工实验,用Talysurf CLI 1000形貌仪测量了涡旋齿三维形貌和表面粗糙度,对形貌图像进行了分析和比较,运用一维和二维功率谱密度方法量化表征了涡旋齿形貌的频率?空间分布信息。形貌分析表明：45#钢试样涡旋齿形貌变化趋势接近走刀痕迹,呈现较强的规律性;45#钢涡旋齿试样表面形貌变化高度大于硬铝7075,且形貌的变化与型线位置无明显联系。二维功率谱密度分析表明,涡旋齿形貌呈各向异性特征,x方向空间频率0~0.02 μm-1是影响涡旋齿形貌的主导频率,涡旋齿主要缺陷存在于空间波长50 μm内。一维功率谱密度表征解析了涡旋齿试样粗糙度相近、但表面形貌和粗糙度差异性明显的现象。实现了涡旋齿形貌不同层次特征的定量表征和信息提取。     

变厚度齿圈柔轮空间变形规律研究

鼓形齿可改善齿面间的啮合状态,提高谐波齿轮的负载能力.为揭示鼓形径向修形形成的变厚度齿圈柔轮的变形规律,提出了变中面半径齿圈的空间变形理论计算方法.推导出轴向中面半径变化的齿圈中线的径向、周向及转角位移公式.建立了包含真实齿廓的参数化实体单元杯形柔轮有限元模型,通过接触分析计算了齿圈轴向前、中、后横截面内的中线变形;齿圈各截面的有限元结果与理论值吻合良好.通过与等厚度齿圈模型对比,研究了变厚度齿圈的空间变形特征.结果 表明,变厚度齿圈加剧了母线的非线性特征;从中截面到后截面的长轴区母线和从前截面到中截面的短轴区的母线非线性特征更显著.     

变截面涡旋压缩机传热模型研究

为了详细研究变截面涡旋压缩机的性能特点,考虑到腔体工作过程中的压缩与排气,对涡旋压缩机传热的数学模型的设计及仿真计算与性能进行分析,建立基于质量守恒,能量守恒和实际气体状态方程的涡旋压缩机模型,得到了每个工作腔的传热量随曲轴转角的变化特性,分析了内传热特性和泄露对各个工作腔中温度、压力和质量的影响,进而揭示了传热、泄露特性与工作腔压力和温度变化的复杂关系。采用研制开发的变截面空气涡旋压缩机建立测试平台,并将模拟计算得到的排气温度、质量流量和轴功率与试验数据进行对比,证明该数学模型可以全面反映变截面涡旋压缩机从吸气到排气等完整过程,为制冷涡旋压缩机的性能分析和优化设计提供了理论依据。     

废油再生装置冷却设备涡旋压缩机结构参数优化

涡旋压缩机结构参数直接影响到润滑油分子蒸馏再生装备的效率。以基于泛函通用涡旋型线构成的变壁厚涡旋盘为研究对象,建立了以能效比为目标函数的结构参数优化模型。分析了涡旋压缩机压缩过程中由排气容积变化引起的热能变化及能效比变化。以能效比为目标函数,以涡旋盘结构参数及型线方程为变量,利用遗传算法得到能效比最优化时的变量。给出具体算例,并与等壁厚的涡旋型线构成的压缩机进行性能比较,得知前者更优。基于泛函的通用涡旋型线为涡旋压缩机型线设计拓展了思路。