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畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))
題目名稱(chēng)： 雙螺桿壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)
題目類(lèi)型： 畢業(yè)設(shè)計(jì)
學(xué)生姓名: 曹立恒
院 (系)： 機(jī)械工程學(xué)院
專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 裝備10901
指導(dǎo)教師： 周志宏
輔導(dǎo)教師： 周志宏
時(shí) 間：2013年4月1日至2013年6月8日
目 錄
長(zhǎng)江大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)書(shū) I
雙螺桿壓縮機(jī)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告 IV
長(zhǎng)江大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師評(píng)審意見(jiàn) XI
長(zhǎng)江大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)評(píng)閱教師評(píng)語(yǔ) XII
長(zhǎng)江大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯記錄及成績(jī)?cè)u(píng)定 XIII
雙螺桿壓縮機(jī)設(shè)計(jì)摘要 XIV
前 言 1
1 選題背景 3
1.1 研究雙螺桿壓縮機(jī)的目的和意義 3
1.2 雙螺桿壓縮機(jī)的特點(diǎn)和應(yīng)用前景 4
1.2.1雙螺桿壓縮機(jī)的特點(diǎn) 4
1.2.2雙螺桿壓縮機(jī)的應(yīng)用前景 4
1.3 國(guó)內(nèi)外雙螺桿壓縮機(jī)研究的進(jìn)展 5
1.4 雙螺桿壓縮機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理 6
1.4.1基本結(jié)構(gòu) 6
1.4.2工作原理 7
2 雙螺桿壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子型線設(shè)計(jì) 10
2.1 轉(zhuǎn)子型線設(shè)計(jì)原則 10
2.1.1轉(zhuǎn)子型線及其要素 10
2.1.2轉(zhuǎn)子型線設(shè)計(jì)原則 10
2.2 型線方程和嚙合線方程 11
2.2.1坐標(biāo)系建立及坐標(biāo)變換 11
2.2.2齒曲線及其共軛曲線 12
2.3 單邊不對(duì)稱(chēng)擺線-銷(xiāo)齒圓弧型線 15
3雙螺桿空氣壓縮機(jī)陰陽(yáng)轉(zhuǎn)子尺寸計(jì)算 25
4幾何特性 26
4.1齒間面積和面積利用系數(shù) 26
4.1.1齒間面積 26
4.1.2面積利用系數(shù) 27
4.2扭角系數(shù) 27
4.3 齒間容積及其變化過(guò)程 27
4.3.1齒間容積 27
4.3.2齒間容積的變化 28
5雙螺桿壓縮機(jī)的熱力學(xué)計(jì)算 31
5.1內(nèi)壓力比 31
5.2容積流量及容積效率 31
5.2.1理論容積流量 31
5.2.2實(shí)際容積流量 32
5.3軸功率及絕熱效率 32
5.3.1等墑絕熱壓縮功率 32
5.3.2螺桿壓縮機(jī)的絕熱效率及實(shí)際軸功率 32
5.4電動(dòng)機(jī)功率計(jì)算 33
6螺桿壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 33
6.1吸氣孔口的設(shè)計(jì) 33
6.1.1軸向吸氣孔口的設(shè)計(jì) 33
6.1.2徑向吸氣孔口的設(shè)計(jì) 34
6.2排氣孔口的設(shè)計(jì) 34
6.2.1軸向排氣孔口的設(shè)計(jì) 35
6.2.2徑向排氣孔口的設(shè)計(jì) 35
7雙螺桿壓縮機(jī)的力學(xué)計(jì)算 36
7.1 徑向力的計(jì)算 37
7.1.1坐標(biāo)系 37
7.1.2計(jì)算工況 37
7.1.3平面圖形的靜矩和重心 37
7.1.4作用在轉(zhuǎn)子上的徑向力 38
7.2軸承支反力 38
7.3軸向力的計(jì)算 39
8主要零部件的選材和設(shè)計(jì)……………………………………………………………………………43
8.1機(jī)體…………………………………………………………………………………………….44
8.2轉(zhuǎn)子 40
8.3軸承 40
8.4密封 41
8.5同步齒輪的計(jì)算……………………………………………………………………………….45
8.6聯(lián)軸器的計(jì)算 42
9 噪聲控制 43
10結(jié)論......................................................................................................................................................45
參考文獻(xiàn)...................................................................................................................................................45
致謝 47
長(zhǎng)江大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)任務(wù)書(shū)
學(xué)院（系） 機(jī)械工程 專(zhuān)業(yè) 過(guò)程裝備與控制工程 班級(jí) 裝備10901
學(xué)生姓名 曹立恒 指導(dǎo)教師/職稱(chēng) 周志宏/教授
1．畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題目：
雙螺桿壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)
2．畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）起止時(shí)間：2013年4月1日～2013年6月8日
3．畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)所需資料及原始數(shù)據(jù)（指導(dǎo)教師選定部分）
資料：
i. SHEN Jing-feng, YAO Fu-sheng. Computer-Aided Design System for CP Single Screw Compressor. Front. Mech. Eng. China,2006(1): 21–25
ii. Kovacevic, A. CFD and stress analysis in screw compressor design. FLUID MACHINERY APPLICATIONS, 2003
iii. N. Seshaiah , Subrata Kr. Ghosh, R.K. Sahoo, Sunil Kr. Sarangi. Mathematical modeling of the working cycle of oil injected rotary twin screw compressor. Applied Thermal Engineering 27 (2007) 145–155
原始數(shù)據(jù)：
壓縮機(jī)排氣量: 3.2m3/min
工作壓力: 1.0MPa
4．畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)應(yīng)完成的主要內(nèi)容
(1) 雙螺桿空氣壓縮機(jī)的進(jìn)展
(2) 雙螺桿空氣壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子型線的選擇與設(shè)計(jì)
(3) 雙螺桿空氣壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子三維設(shè)計(jì)
(4) 雙螺桿空氣壓縮機(jī)的容積效率計(jì)算
(5) 雙螺桿空氣壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
5．畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)的目標(biāo)及具體要求
具體要求：
總裝配圖1張；零件圖若干張。
6、完成畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)所需的條件及上機(jī)時(shí)數(shù)要求
上機(jī)100小時(shí)
任務(wù)書(shū)批準(zhǔn)日期 2013 年 3 月10日 教研室(系)主任(簽字)
任務(wù)書(shū)下達(dá)日期 2013 年 4月1日 指導(dǎo)教師(簽字)
完成任務(wù)日期 年 月 日 學(xué)生（簽名）
長(zhǎng)江大學(xué)
畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告
題 目 名 稱(chēng) 雙螺桿壓縮機(jī)設(shè)計(jì)
學(xué) 院（系） 機(jī)械工程學(xué)院
專(zhuān) 業(yè) 班 級(jí) 裝備10901
學(xué) 生 姓 名 曹立恒
指 導(dǎo) 教 師 周志宏老師
輔 導(dǎo) 教 師 周志宏老師
開(kāi)題報(bào)告日期 2013.4.22
III
雙螺桿壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)
學(xué)生：曹立恒，機(jī)械工程學(xué)院
指導(dǎo)老師：周志宏教授，機(jī)械工程學(xué)院
1題目來(lái)源
生產(chǎn)/社會(huì)實(shí)踐。
2設(shè)計(jì)研究目的和意義
本設(shè)計(jì)題目來(lái)源是自選科研。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(zhuān)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(mén)。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，螺桿壓縮機(jī)的銷(xiāo)售量已占所有容積式壓縮機(jī)銷(xiāo)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)。
3國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)與研究的主攻方向
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L(zhǎng)ysholm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(chēng)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(chēng)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(zhuān)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。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(lèi)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主要研究?jī)?nèi)容及解決思路
4.1雙螺桿空氣壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子型線的選擇與設(shè)計(jì)
4.1.1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(chēng)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。
4.1.2轉(zhuǎn)子型線設(shè)計(jì)原則
（1）滿(mǎn)足嚙合要求。螺桿壓縮機(jī)的陰、陽(yáng)轉(zhuǎn)子型線必須是滿(mǎn)足嚙合定律的共軛型線。
（2）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。
（3）應(yīng)形成較小面積的泄漏三角形。
（4）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。
（5）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。
4.1.2計(jì)算
型線方程、嚙合線方程和單邊不對(duì)稱(chēng)擺線-銷(xiāo)齒圓弧型線的計(jì)算。
4.2雙螺桿空氣壓縮機(jī)的容積效率計(jì)算
螺桿壓縮機(jī)的理論容積流量qvi，為單位時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的齒間容積之和，它只取決于壓縮機(jī)的幾何尺寸和轉(zhuǎn)速。螺桿壓縮機(jī)的實(shí)際容積流量qvi是指折算到吸氣狀態(tài)的實(shí)際容積流量。容積效率。
4.3雙螺桿空氣壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
4.3.1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‘）
陰轉(zhuǎn)子節(jié)圓直徑 d2=d1/（z2/z1）
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 L=（L/De1）De1
中心距 A=0.5（d1+d2）
陰轉(zhuǎn)子扭轉(zhuǎn)角 τ2=τ1/i
陽(yáng)轉(zhuǎn)子的導(dǎo)程 b1=360°L/τ1
陰轉(zhuǎn)子的導(dǎo)程 b2=360°L/τ2
陽(yáng)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速（r/min） n1=60u1/3.14De1
陰轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速（r/min） n2=n1/i
節(jié)圓螺旋角 β=arctg（b1/2πr1）= arctg（b2/2πr2）
5.3.2雙螺桿壓縮機(jī)的吸、排氣孔口設(shè)計(jì)
軸向吸氣孔口（吸氣開(kāi)始角、吸氣結(jié)束角），徑向吸氣孔口。
軸向排氣孔口（排氣開(kāi)始角、排氣結(jié)束角），徑向排氣孔口。
5.3.2主要零部件設(shè)計(jì)和選材
機(jī)體、轉(zhuǎn)子、軸承、軸封。
注意：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(xiāo)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(zhuān)業(yè)技術(shù)人員也能夠正確操作。
6原始數(shù)據(jù)
壓縮機(jī)排氣量: 3.2m3/min
工作壓力: 1.0MPa
7工作的主要階段與時(shí)間安排
1) 第7周(2013.4.8-2013.4.13) 完成資料檢搜和收集；
2) 第8周(4.15-4.20) 完成開(kāi)題報(bào)告和開(kāi)題答辯；
3) 第9-10周(4.22-5.4) 轉(zhuǎn)子型線的選擇與三維設(shè)計(jì)及壓縮機(jī)容積效率的計(jì)算；
4) 第11-12周(5.6-5.18) 壓縮機(jī)仿真，結(jié)構(gòu)分析及性能分析；
5) 第12-13周(5.20-6.1) 繪制所需圖紙；
6) 第14周(6.3-6.8) 撰寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)；
7) 第15周(6.8-6.13) 準(zhǔn)備答辯。
參考文獻(xiàn)
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長(zhǎng)江大學(xué)畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))指導(dǎo)教師評(píng)審意見(jiàn)
學(xué)生姓名
曹立恒
專(zhuān)業(yè)班級(jí)
過(guò)程裝備與控制工程10901
畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))題目
雙螺桿壓縮機(jī)設(shè)計(jì)與性能分析
指導(dǎo)教師
周志宏
職 稱(chēng)
教授
評(píng)審日期
2013年6月8日
評(píng)審參考內(nèi)容：畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))的研究?jī)?nèi)容、研究方法及研究結(jié)果，難度及工作量，質(zhì)量和水平，存在的主要問(wèn)題與不足。學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度和組織紀(jì)律，學(xué)生掌握基礎(chǔ)和專(zhuān)業(yè)知識(shí)的情況，解決實(shí)際問(wèn)題的能力，畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))是否完成規(guī)定任務(wù)，達(dá)到了學(xué)士學(xué)位論文的水平，是否同意參加答辯。
評(píng)審意見(jiàn)：
雙螺桿壓縮機(jī)是一種高效的壓縮機(jī)，在工業(yè)中應(yīng)用非常廣泛。
在畢業(yè)設(shè)計(jì)中，曹立恒同學(xué)簡(jiǎn)述了雙螺桿壓縮機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工
作原理以及雙螺桿壓縮機(jī)的現(xiàn)狀與發(fā)展概況。簡(jiǎn)述了型線方程和嚙合
線方程，確定了雙螺桿空氣壓縮機(jī)螺桿尺寸，分析了齒間面積和面積
利用系數(shù)、容積流量及容積效率。進(jìn)行了雙螺桿壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
敘述基本合理，設(shè)計(jì)計(jì)算基本正確，具有一定的難度，畢業(yè)設(shè)計(jì)
水平尚可。
存在的主要問(wèn)題：
1.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還存在一些問(wèn)題。
2.機(jī)械結(jié)構(gòu)如何潤(rùn)滑沒(méi)有涉及到。
在畢業(yè)設(shè)計(jì)中，曹立恒同學(xué)能遵守學(xué)校的規(guī)章制度，學(xué)習(xí)態(tài)度端
正。
畢業(yè)設(shè)計(jì)反映該生有一定的基礎(chǔ)和專(zhuān)業(yè)知識(shí)，具有一定解決實(shí)際
問(wèn)題的能力。
畢業(yè)設(shè)計(jì)完成規(guī)定任務(wù)，達(dá)到了學(xué)士學(xué)位論文的水平，同意參加
學(xué)士學(xué)位論文答辯。
指導(dǎo)教師簽名： 評(píng)定成績(jī)（百分制）：_______分
長(zhǎng)江大學(xué)畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))評(píng)閱教師評(píng)語(yǔ)
學(xué)生姓名
曹立恒
專(zhuān)業(yè)班級(jí)
裝備10901班
畢業(yè)論文
(設(shè)計(jì))題目
雙螺桿壓縮機(jī)設(shè)計(jì)及性能分析
評(píng)閱教師
職 稱(chēng)
評(píng)閱日期
2013年6月11日
評(píng)閱參考內(nèi)容：畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))的研究?jī)?nèi)容、研究方法及研究結(jié)果，難度及工作量，質(zhì)量和水平，存在的主要問(wèn)題與不足。學(xué)生掌握基礎(chǔ)和專(zhuān)業(yè)知識(shí)的情況，解決實(shí)際問(wèn)題的能力，畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))是否完成規(guī)定任務(wù)，達(dá)到了學(xué)士學(xué)位論文的水平，是否同意參加答辯。
評(píng)語(yǔ)：
評(píng)閱教師簽名： 評(píng)定成績(jī)（百分制）：_______分
長(zhǎng)江大學(xué)畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))答辯記錄及成績(jī)?cè)u(píng)定
學(xué)生姓名
曹立恒
專(zhuān)業(yè)班級(jí)
裝備10901班
畢業(yè)論文
(設(shè)計(jì))題目
雙螺桿壓縮機(jī)設(shè)計(jì)及性能分析
答辯時(shí)間
2013 年 6 月 13 日 8:00～17:40時(shí)
答辯地點(diǎn)
7教院會(huì)議室
一、答辯小組組成
答辯小組組長(zhǎng)：眭滿(mǎn)倉(cāng)
成 員：張善彪 謝麗芳 錢(qián)利勤 黃天成 門(mén)朝威
二、答辯記錄摘要
答辯小組提問(wèn)（分條摘要列舉）
學(xué)生回答情況評(píng)判
三、答辯小組對(duì)學(xué)生答辯成績(jī)的評(píng)定（百分制）：_______分
畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))最終成績(jī)?cè)u(píng)定(依據(jù)指導(dǎo)教師評(píng)分、評(píng)閱教師評(píng)分、答辯小組評(píng)分和學(xué)校關(guān)于畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))評(píng)分的相關(guān)規(guī)定)
等級(jí)(五級(jí)制)：_______
答辯小組組長(zhǎng)(簽名) ： 秘書(shū)(簽名)： 2013年 6月13日
院(系)答辯委員會(huì)主任(簽名)： 院(系)(蓋章)
雙螺桿壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)
學(xué)生：曹立恒，過(guò)程裝備與控制工程
指導(dǎo)老師：周志宏，機(jī)械工程學(xué)院教授
【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、化工、動(dòng)力、冶金、建筑、機(jī)械、制冷等工業(yè)部門(mén)。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(chēng)擺線-銷(xiāo)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
The design of twin screw compressor
[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.
XIII
前 言
前 言
雙螺桿壓縮機(jī)屬于回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)?；剞D(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(lèi)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?；剞D(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?；剞D(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?；剞D(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(lèi)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(lèi)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(hù)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(zhuān)用設(shè)備?；剞D(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(mǎn)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(lèi)型較多，分類(lèi)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。
雙螺桿壓縮機(jī)是一種很年輕的壓縮機(jī)型，在最近二十五年才發(fā)展成熟，形成系列化。約在一百多年前，人們已經(jīng)知道雙螺桿壓縮機(jī)的工作原理，但類(lèi)似今天設(shè)計(jì)的雙螺桿壓縮機(jī)的誕生日，則應(yīng)該是在1934年，SRM工廠的總工程師A?利斯霍爾姆（A?Lysholm）的專(zhuān)利出現(xiàn)的時(shí)候。后來(lái)，又發(fā)明了圓弧形齒，非對(duì)稱(chēng)齒形SRM和今天的第四代節(jié)能型。
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(mén)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。
第1頁(yè)（共47頁(yè)）
選題背景
1 選題背景
1.1 研究雙螺桿壓縮機(jī)的目的和意義
本設(shè)計(jì)題目來(lái)源是自選科研。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(zhuān)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(mén)。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，螺桿壓縮機(jī)的銷(xiāo)售量已占所有容積式壓縮機(jī)銷(xiāo)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)。
1.2 雙螺桿壓縮機(jī)的特點(diǎn)和應(yīng)用前景
1.2.1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(lèi)機(jī)器的特點(diǎn)。
（１）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(zhuān)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。
（２）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(zhuān)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。
1.2.2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(lèi)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?，以沖掉這些化合物。
（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(lèi)型真空泵低20%-50%。此外，螺桿機(jī)械還可作為膨脹機(jī)。
1.3 國(guó)內(nèi)外雙螺桿壓縮機(jī)研究的進(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L(zhǎng)ysholm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(chēng)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(chēng)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(zhuān)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。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(lèi)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。
1.4 雙螺桿壓縮機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理
1.4.1基本結(jié)構(gòu)
通常所稱(chēng)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(chēng)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(chēng)作吸氣孔口；另一個(gè)供排氣用，稱(chēng)作排氣孔口。雙螺桿壓縮機(jī)的總體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。
圖1 雙螺桿壓縮機(jī)的總體結(jié)構(gòu)
1.4.2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）吸氣過(guò)程
圖2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2粗實(shí)線所示。
圖2（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2（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。
吸氣過(guò)程結(jié)束時(shí)的轉(zhuǎn)子位置如圖2（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。
圖2 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
（2）壓縮過(guò)程
圖3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3 a)壓縮過(guò)程即將開(kāi)始 b）壓縮過(guò)程中 c）壓縮過(guò)程結(jié)束
圖3（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。
（3）排氣過(guò)程
圖4 a）排氣過(guò)程中 b）排氣過(guò)程結(jié)束
圖4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4（a）。這個(gè)過(guò)程一直持續(xù)到齒末端的型線完全嚙合，圖4(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?yōu)榱恪?
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雙螺桿壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子型線設(shè)計(jì)
2 雙螺桿壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子型線設(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(chēng)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(chēng)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(chēng)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(chēng)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
（１） 滿(mǎn)足嚙合要求。螺桿壓縮機(jī)的陰、陽(yáng)轉(zhuǎn)子型線必須是滿(mǎn)足嚙合定律的共軛型線。
（２） 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。
（３）應(yīng)形成較小面積的泄漏三角形。
（４）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
增大。所以轉(zhuǎn)子型線應(yīng)使封閉容積盡可能小地。
（５）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。
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5所示的四個(gè)坐標(biāo)系：1）固結(jié)在陽(yáng)轉(zhuǎn)子的動(dòng)坐標(biāo)系
2）固結(jié)在陰轉(zhuǎn)子的動(dòng)坐標(biāo)系。
3）陽(yáng)轉(zhuǎn)子的靜坐標(biāo)系。
4）陰轉(zhuǎn)子的靜坐標(biāo)系。
圖5 坐標(biāo)系關(guān)系圖
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:
（1）
式中，φ2、φ1為陰、陽(yáng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角；n2、n1為陰、陽(yáng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速；ω2、ω1 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：
1）動(dòng)坐標(biāo)系與靜坐標(biāo)系的變換
（2）
2）動(dòng)坐標(biāo)系與靜坐標(biāo)系的變換
（3）
3）靜坐標(biāo)系與靜坐標(biāo)系的變換
（4）
4）動(dòng)坐標(biāo)系與動(dòng)坐標(biāo)系的變換
（5）
5）動(dòng)坐標(biāo)系與動(dòng)坐標(biāo)系的變換
（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：
（7）
上式中，參數(shù)t的始點(diǎn)和終點(diǎn)決定了此組成曲線的起點(diǎn)b和終點(diǎn)e的坐標(biāo)和。
（2）齒曲線的共軛曲線方程
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
（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（8）代入坐標(biāo)變換式（5），得
（9）
2）找出曲線簇的包絡(luò)條件
把包絡(luò)條件的顯函數(shù)形式代入曲線簇方程（9），就是曲線簇的包絡(luò)線方程，即
（10）
此包絡(luò)線上任一點(diǎn)的切線斜率可微分上式，得
（11）
與包絡(luò)線共切于該點(diǎn)的曲線簇中的一條曲線（φ1為常數(shù)），其斜率為
（12）
由于是公切線，這兩切線的斜率應(yīng)該相等，令式（11）與式（12）右邊相等，整理得
（13）
或 （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
（15）
將曲線1的方程（15）代入動(dòng)坐標(biāo)變換式（6），得到曲線簇的方程為
（16）
經(jīng)類(lèi)似的推演，可得其包絡(luò)條件為
（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
（18）
則其共軛曲線方程，可用方程（10）及補(bǔ)充條件聯(lián)立表示，即
（19）
同樣，若已在陽(yáng)轉(zhuǎn)子上給定了一段曲線1為
則其共軛曲線方程，可用方程（16）及補(bǔ)充條件聯(lián)立表示，即
（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
（21）
2.3 單邊不對(duì)稱(chēng)擺線-銷(xiāo)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(chēng)擺線-銷(xiāo)齒圓弧型線。如圖6所示。
圖6 單邊不對(duì)稱(chēng)擺線-銷(xiāo)齒圓弧型線
a）型線 b）嚙合線
這種單邊不對(duì)稱(chēng)擺線-銷(xiāo)齒圓弧型線與原始不對(duì)稱(chēng)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(chēng)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、