为解决螺杆转子的复杂曲面加工问题,采用增材制造技术对螺杆转子进行了轻量化结构设计。为验证轻量化螺杆转子设计的合理性,利用Fluent和ANSYS软件对空压机螺杆转子进行了不同工况下的双向流固耦合和热力场耦合数值模拟研究。在双向流固耦合数值模拟过程中,通过对不同出口空气压力和转子转速下的螺杆转子的数值模拟,获得不同工况下的螺杆转子的形变发展趋势。在热力场耦合数值模拟过程中,同时考虑温度约束条件和加载转矩载荷,获得轻量化螺杆转子随转速的形变规律。提供了一种对空压机螺杆转子进行多场耦合力学特性分析的结构优化设计新思路,也对其他结构复杂产品的智能制造提供了重要参考。

针对现有渐开线型螺杆转子存在尖点与泄漏通道的问题,提出一种新型变速螺线型螺杆转子。基于螺线理论和啮合原理,建立了变速螺线构建理论,推导了型线方程,研究了不同旋转角函数对变速螺线生成过程和截面面积利用率的影响。通过解析求解和受力模拟,对比了现有的和所提出的两种转子的性能,结果表明变速螺线型螺杆转子具有较好的啮合特性,连续光滑的空间接触线,齿根处应力分布平缓;并且变速螺线型螺杆转子有较好的级间密封效果和受力特性。

建立了螺杆压缩机螺杆转子型线及啮合线方程,并应用Matlab绘制出型线与啮合线的图形。通过图形可以得出双边对称圆弧型线的啮合线是连续且封闭的曲线,根据转子接触线的概念,可以知道转子接触线是连续的,即在转子工作过程中,气体不会通过接触线产生泄漏的情况。

本文简要介绍在中小型机械加工厂无大型专用设备条件下,合理选用搭配普通相关机床附件积木式巧妙组合在一起,安装在现有的动桥式数控钻铣床(ZKY7450X250)的工作台上,同时对数控钻铣床的Y轴控制部分进行局部改造,通过设定计算调整,使钻铣床铣刀直线切削运动(X轴)与工件(螺杆转子)旋转运动(改造后Y轴)的合成轨迹符合螺杆密封线(螺旋线导程)的要求,仍然用数控钻铣床的铣削部分来加工由激光熔覆后的转子密封线,达到最终修复尺寸合格的目的,恢复螺杆压缩机的使用性能。本装置结构简单合理,就地取材投资少,能获得可观的经济效益。

针对双螺杆压缩机在实际工作过程中的热力变形结构特性问题,以双螺杆压缩机的阴、阳转子为研究对象,考虑转速对螺杆压缩机工作性能的影响,采用间接耦合方法通过插值技术将温度场作为体载荷施加于阴、阳转子,并进行热力耦合数值模拟分析。通过求解阴、阳转子静平衡方程,对螺杆转子在静力场、稳态温度场和热力耦合场进行模拟分析对比,得到螺杆转子的应力、变形分布规律。研究结果表明:在静应力场下,阴转子的变形量大于阳转子,且静应力的仿真与耦合场下仿真差异明显。在双螺杆压缩机工作过程中,热变形是转子变形的主要原因,且轴向的变形量最大,热分析和热力耦合情况下转子的变形趋势相同,且在耦合场下阴转子的齿面变形较大。

为了提高螺杆转子成形磨削的精度,结合目前的研究,分析并总结加工过程中影响精度的因素,提出改善的方法,为螺杆转子的加工提供了理论依据。

以往对螺杆转子进行应力分析时，转子上所受的载荷都是以集中应力的方式简化加栽的，计算结果不能反映转子的真实受力以及变形情况。但是通过螺杆转子啮合接触线，在接触线接触区槽段按照实际情况加载螺杆转子气体轴向力，对螺杆转子进行热应力分析，真实准确解析出螺杆转子真实应力、变形以及约束反力，解决了长期以来对螺杆转子受力变形简化精度过低的问题，提高了计算精度，有较高的工程应用价值。