压缩机涡旋体课程设计

课程设计说明书课题名称：专业班级：组长姓名：指导教师：课题工作时间：2012.6.12——2012.6.19一、课程设计的任务或学年论文的基本要求制冷压缩机课程设计是制冷专业教学的一个重要环节，是综合应用本门课程和有关先修课程所学知识，完成以汽车空调用第四代涡旋式压缩机主体结构设计为主的一次设计实践。

通过课程设计使学生掌握最新涡旋式压缩机几何设计的基本程序和方法，并在查阅技术资料、选用公式和数据、用简洁文字和图表表达设计结果、制图以及计算机辅助计算等能力方面得到一次基本训练。

在设计过程中还应培养学生树立实事求是、严肃负责的工作作风和良好的团队协作精神。

具体要求是：(1)通过分析汽车空调涡旋式压缩机的类型和应用特性，并结合行业目前研发的最新理论，进行汽车空调用蜗旋式压缩机主体结构（动、静蜗旋盘，防自转机构）的设计，包括热力计算、结构参数、部件受力分析和校核计算，零部件图。

(2)设计说明书的编写：设计说明书的内容应包括：设计任务书，目录，中英文摘要，设计方案简介，工艺计算，设计结果汇总，设计评述，结语（包括设计体会、收获、评述、建议、致谢等），参考文献。

整个设计由论述，计算和零件图三个部分组成，论述应该条理清晰，观点明确；计算要求方法正确，误差小于设计要求，计算公式和所有数据必须注明出处，图纸正确、符合规范。

二、进度安排在教师指导下集中一周时间完成，具体安排如下：1．设计动员，下达任务 0.5天2．收集资料，阅读教材，理顺设计思路 0.5天3．设计计算 1-2天4．绘图，整理设计资料，撰写设计说明书 1-2天5.指导教师审查，答辩 1天三、参考资料或参考文献[1]郁永章等.容积式压缩机技术手册.机械工业出版社.2000[2]Paul C.Hanlon 压缩机手册.中国石化出版社.2002[3]顾兆林、郁永章.涡旋压缩机设计计算研究.流体机械 1996（2） 48-52[4]吴家喜. 蔡慧官.涡旋压缩机涡旋盘的优化设计河海大学常州分校学报 1999（13）32-37[5]刘扬娟. 涡旋啮合的数学基础. 压缩机技术, 1999 (1) 6～ 9[6]孙存慧.涡旋压缩机中主要结构参数及运行参数的最佳选择压缩机技术 1998（2）38-46指导教师签字：年月日教研室主任签字：年月日四、课程设计（学年论文）摘要（中文）五、课程设计（学年论文）摘要（英文）指导教师评语指导教师签字：年月日答辩记录答辩组成员签字：记录人：年月日成绩评定目录第一部分 (5)一、吸气容积的确定 (5)1、设计条件 (5)2、热力计算 (6)3、吸气容积 (7)二、蜗旋体几何设计 (7)1、蜗旋体几何尺寸设计 (7)2、λ值及其确定 (10)第二部分 (12)1、计算数据 (12)2、涡旋体图形 (16)第一部分一、吸气容积的确定1、设计条件有一台空调器用全封闭涡旋式制冷压缩机，涡旋压缩机是两涡圈形状相同、对称圆渐开线的涡旋式压缩机。

使用的制冷工质是R134a，试计算在空调工况下，设计出涡旋式压缩机的动静涡盘圈数、厚度、高度。

给定的空调工况：制冷工质 R134a吸气温度1't=35℃制冷量φ=4.8KW蒸发温度0t=7.2℃冷凝温度k t=54.4℃冷凝器出液温度4t=46.1℃压缩机转数 n=3000r/min结构参数：涡旋体节距t p涡旋体壁厚 t涡旋体高 h涡旋体圈数 m渐开线起始角α基圆半径 a2、热力计算制冷循环各计算点的状态参数 在p-h 图上的制冷循环示于图3-1，各计算点的状态参数由R134a 热物理性质图表查取。

5432211ph图3-1制冷循环在p-h 图上的表示1）1点的状态参数1t =0t =7.2℃ 100.377p p Mpa == V1=0.053m3/kg 1402.164/h kj kg =2)1’点的状态参数1't =35℃ 1'0p =p =0.377Mpa V1’=0.062m3/kg 1'h =427kj/kg3)3点状态参数3k t =t =54.4℃， 31.469kp p Mpa ==4）2’点状态参数2' 1.469k p p Mpa == 2'462/h kj kg = 2't =98℃5）4点状态参数4t =46.1℃，4 1.469k p p Mpa == 4267/h kj kg =单位质量制冷量01'4(427267)/160/q h h kj kg kj kg =-=-=实际质量输气量4.83600ma q q kw φ== 4.83600160108/ma q kg h =⨯÷=实际容积输气量1'(0.062108)3/ 6.6963/va ma q v q m h m h ==⨯=理论容积输气量6.6960.957.048vavt vq q η==÷=3、吸气容积vt 43q 7.048Vs=03.91060300018000m -==⨯⨯ （3-1）390Vs ml =压力比1) 名义压力比（即外压力比） 2'dk 1' 1.469 3.896550.377p p ε=== 2) 内压力比 又因为内压力比为 213*/ni N εθπ-⎛⎫= ⎪-⎝⎭其中θ*是排气开始角，可求出无排气角时的θ*=246°，取多方压缩指数n=1.1，可得到： 1.1231 3.42653246/180i ε⨯-⎛⎫== ⎪-⎝⎭二、蜗旋体几何设计1、蜗旋体几何尺寸设计如下图3-2所示：图3-2 渐开线及其所围成的面积若以渐开角φ作为参变量，则圆的渐开线方程课表示为(cos sin )(sin cos )x a y a φφφφφφ=+⎧⎨=-⎩ （3-2） 式中，a 为渐开线的基圆半径。

计及涡圈壁厚t ， 在图3-3径向平面坐标中:图3-3 单涡圈涡盘及涡圈部分几何参数以a 表示涡圈内、外侧渐开线起始点的发生线与x 轴的夹角，则涡圈内、外侧渐开线的坐标方程为[][]cos()sin()sin()cos()i i x a y a φαφφαφαφφα⎧=-+-⎪⎨=---⎪⎩（3-3） [][]00cos()sin()sin()cos()x a y a φαφφαφαφφα⎧=+++⎪⎨=+-+⎪⎩ （3-4）上述各参数间存在一定的关系，如： 发生圆半径a 2tp a π= (3-5) 渐开线发生角α ttp πα=(3-6)主轴回转半径r 2tp r t =- (3-7) 涡圈用铣刀加工时，若一次两面同时铣削，则铣刀外径d 铣d 铣t =p -t （3-8）用铣刀加工时，排气角*θ也被确定03*=2Q θπα-+ （3-9） 式中*φ为涡圈外侧壁被干涉终点的渐开线展角，参考下图3-4，且由下式决定：2200002sin()2cos()()Q Q Q Q ααπα+-+-=- （3-10）式中α为渐开线发生角。

图3-4排气角*φ引入主轴回转角θ，只是它不是以2π为周期，而是以涡旋压缩机从吸气过程结束到排气过程开始瞬间主轴的转角为一个工作过程。

设吸气刚结束时主轴回转角为θ=0， 随着回转角的增加，该工作腔的啮合线逐步内移，对应于外啮合线的涡圈中心渐开面展角也在变化. 则任意回转角时，涡旋压缩机工作腔的容积 ()V θ为[]()2()3()2tE t p V Q P t H θθπ=--- （3-11） 涡旋压缩机的最大容积既是θ=0此时吸气容积最大，即：[](0)23()2tE t p V Q P t H π=-- （3-12） 当d =θθ时()V θ即为排气几何容积d V[]()2()32td t E d p V p t H Q θπ=--- （3-13） d θ用下式计算(3)dEQ Q θαπ=--+ （3-14）根据（3-12）和（3-13），可得涡旋压缩机的几何内容积比v ε[](0)vdV =(23)/2()3V E E d Q Q επθπ=--- （3-15） 先选定t=6mm,先设20t p mm =，则有 根据（3-6）则有 0.9425α= 根据式(3-10)则有 00.928Q = 根据（3-14）和（3-15）则有[]023233.42652(3)32023E E E E Q Q Q Q Q Q ππαππαπ--==--+---+ ∴ E Q =20.8 根据（3-12）则有[][]39023()220.83 3.1420(106)2ptQE pt t H H π=--=⨯-⨯⨯⨯- H=151.49mm2、λ值及其确定定义一个结构特征参数为： tHP λ=（3-16） 涡旋压缩机机动涡盘的外径与节距t p 直接相关，而涡圈高度H 也影响压缩机的轴向尺寸，对于一定的吸气几何容积和内容积比v ε，由于涡圈壁厚t 变化不大，于是有：H 增加时，t p 则减小；H 减小时，t p 则增加；而t p 变化没有H 变化幅值大。

所以，象往复压缩机存在/S D 这个参数那样，对于涡旋压缩机，tHP λ=也是一个结构参数，在设计中应注意其变化范围，并取合适数值。

事实上，λ值的变化表现为动涡盘受气体力特性的变化。

因为对于给定吸气几何容积、涡圈壁厚t 和内容积比v ε，λ值大，动涡盘的直径减小，因此轴向气体力减小，但切向力F θ和径向力r F 则增加。

对于推力轴承支承动涡盘的结构，推力轴承的失效往往是由于局部受力太大，引起局部应力很大所致，故限制应力峰值有利于延长轴承寿命。

我们知道，切向力F θ、径向力r F 以及动涡盘的离心力Fc 会产生倾覆力矩，其结果是使得推力轴承沿圆周上受力不均匀，引起局部应力峰值较高；而轴向力Ft 使推力轴承沿圆周上承受均匀载荷。

分析气体载荷对推力轴承的影响时，我们总假设推力轴外径随动涡盘外径一致地变化。

于是λ值大时，倾覆力矩大，局部应力峰值大，但此时轴向力产生的平均应力减小；λ值减小时，倾覆力矩小，局部应力峰较小,但此时轴向力产生的平均应力增大。

所以，λ值为一合适值时将会使局部总应力值最小。

但是r F 很小，F θ计算较复杂，为了简化起见，反计算 图3-5作用在涡旋体上的其体力 切向力引起的倾覆力矩，这样在考虑限制局部总应力时，可直接限制切向力和轴向力之合力的幅值。

图3-6 t F λ- F θλ- 图3-7 合力r F θλ-计算条件：3038.2V cm = 空调状况排气角*θ计算条件：3038.2V cm = 空调状况排气角*θ上图示出了在排气前夕位置时，动涡盘的轴向力t F 和切向力F θ随λ的变化情况。

计算条件为；3038.2V cm =，空调工况，并以涡圈壁厚t 为参变量。