渦旋壓縮機(jī)曲軸部件靜動態(tài)性能研究及優(yōu)化.pdf

1、渦旋壓縮機(jī)以噪音低、效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、零件數(shù)目少且運轉(zhuǎn)平穩(wěn)等特點，廣泛應(yīng)用于汽車空調(diào)、制冷、發(fā)動機(jī)增壓以及真空泵等行業(yè)。渦旋壓縮機(jī)的主要零件包括動渦旋盤、靜渦旋盤、曲軸、平衡鐵、機(jī)架、軸承和防自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)等，它們的受力和工作狀況將直接或間接地影響壓縮機(jī)的效率及穩(wěn)定性。因此對核心零部件力學(xué)特性的研究分析和相關(guān)優(yōu)化顯得尤為重要，也是確保渦旋壓縮機(jī)性能和可靠性的前提。
　　針對這種情況，本文以某渦旋壓縮機(jī)虛擬樣機(jī)的曲軸和曲軸部件作為研究對象

2、，通過有限元分析ANSYS Workbench平臺對曲軸和曲軸部件在工作過程中的靜動態(tài)力學(xué)特性做研究分析，并對曲軸上滑動軸承與角接觸球軸承之間的距離、曲軸的軸徑和軸長進(jìn)行優(yōu)化。具體的研究內(nèi)容主要包括下面幾點：
　　(1)根據(jù)渦旋型線的嚙合原理和法向等距曲線理論，設(shè)計了變截面動渦旋盤的型線，同時根據(jù)渦旋盤的型線方程和基本參數(shù)計算動渦旋盤在工作過程中所受的氣體力（法向氣體力Fr和切向氣體力Ft）。
　　(2)建立曲軸-軸承系統(tǒng)的

3、有限元模型，將軸承簡化為不同數(shù)目的均布彈簧，從而探究分析彈簧的數(shù)目及位置對曲軸徑向剛度的影響；然后將最大氣體力作為靜態(tài)載荷，施加在曲軸的偏心段中心位置模擬分析曲軸-軸承系統(tǒng)在靜態(tài)載荷下的應(yīng)力和變形，并計算曲軸的靜剛度，為曲軸-軸承系統(tǒng)的優(yōu)化結(jié)果作對比提供參考依據(jù)。
　　(3)對曲軸和曲軸部件的動態(tài)特性作仿真研究。首先進(jìn)行模態(tài)分析，得到曲軸和曲軸部件兩種結(jié)構(gòu)下的前6階固有頻率、振型及振動特性，發(fā)現(xiàn)其前6階固有頻率都較高，從而說明曲軸

4、和曲軸部件在實際的激振頻率下都不易發(fā)生共振并探究影響曲軸固有頻率的因素；同時在模態(tài)分析基礎(chǔ)之上對曲軸和曲軸部件上的不同位置做諧響應(yīng)分析，得到應(yīng)力和位移隨頻率變化的特性，并對其進(jìn)行比較分析。
　　(4)通過分別優(yōu)化軸承之間的跨距l(xiāng)、曲軸的軸徑R1、軸長l1，并對跨距l(xiāng)、軸徑R1和軸長l1進(jìn)行多目標(biāo)參數(shù)優(yōu)化，從而減小曲軸偏心段的最大撓度，使得曲軸的徑向靜剛度有所提高；通過上述的優(yōu)化設(shè)計使得曲軸部件具有更好的靜動態(tài)性能，從而減小動渦旋盤