新型旋叶式压缩机滑片倾斜角优化设计1

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第 2 7卷

第 l期

新型旋叶式压缩机滑片倾斜角优化设西安交通大学摘要

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在建立 I作过程数值模拟的基础上，对新型旋叶式压缩机的滑片倾斜角进

行了优化。针对排气量为 9 6 c c的机型，给出了具体的计算实例厦结果并进一步分析、讨论了滑片倾角对此种新型旋叶式压缩机受力的影响。

关键词塑芈芎戛 型型！ 茸 f=1前言滑片倾斜角以表示相邻两滑片之间的转子外表面、气缸内表面以及两端面之间所围成的容积一

如图 l中阴影部分所示基元容种适用于汽车空调的新型旋叶式压缩机称为基元容积。

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由后一滑片与 Y轴反方向的夹角 0 目前得到了大力发展。此种压缩机设计巧妙、结积的位置，排气过程滑片转过构紧凑，每个基元容积在一转之中有两次吸、排表示基元容积完成一次吸、8 0。后.基元容积又开始一次新的吸气过程。由气。并且它的启动力矩小，转子运转平稳，整机的]

乙

基元窨积的振动小、噪声低。在日本和美国的一些大的压缩数值积分方法可求得任一转角时，然后根据工作介质的不同，分别选择马丁机制造公司，都已进行大批量生产。中国这种新大小，型旋叶式压缩机还处于引进、消化和开发的阶段一

候方程或理想气体状态方程等计算基元容积内的压力

由一般滑片式压缩机的设计经验可知，使滑^ 滑片顶部片相对转子径向倾斜一定角度，能减小

作用力对滑片沿滑槽运动的阻碍 .改善 0滑 片在滑、 槽中的运动状况，避免滑片侧面与滑槽间的严重.

1、

耳磨损。同样，新型旋叶式压缩机的滑片斜置，也可,\

以减少摩擦损失本文在压缩机热、动力计算的基础上，对滑片倾斜角进行了优化并重点分析、 讨论了精片倾斜角对受力的影响 2滑片倾斜角优化模型

图 1 新型旋叶式压缩机结构

以单个滑片为研究对象，作用

在其上的力包在优化以前 .首先要对压缩机的工作过程进括三种类型： ( 1 )主动力：包括作用在滑片两侧、 行模拟图 l为此旋叶式压缩机的结构示意图， 顶端的气体力、滑槽背压腔内压力等。( 2 )惯性

收稿日期： 1 9 9 8-0 9—1 5

+邦州牧业工程高等专科学校，国内访问学者

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1 9 9 9年 1月

力：包括牵连惯性力、离心惯性力、哥氏惯性力系数应有所不同。鉴于滑片斜置的一个根本目的等。 ( 3 )支反力及摩擦力：包括分别作用在滑片底就是减少滑片侧面与滑槽问的作用力，从而减少部、滑槽顶部及滑片与气缸壁间的支反力及摩擦摩擦损失，且旋叶式机型提高效率的关键也是减力等小摩擦功率，所，目标函数取为总摩擦功耗最

对支反力的方向进行处理后，可化为求解三小 元一 _次线性方程组。滑片受力及求解的具体情况本文中，仅对滑片倾斜角一个参数进行优

见文献[ 1]。对旋叶式压缩机斜置角的优化，文献化，其它均为给定条件，因而可作为无约束问题 E z 3认为，应尽量减少滑片与气缸内壁处作用力处理，使用黄金分割法求解对滑片沿滑槽运动的阻碍，即滑片顶端作用力方向与滑片运动方向尽量一致。但对于这种新型旋叶式压缩机，气缸内壁各点的法线方向与滑片方

3计算实例以排气量为 9 6 e e的旋叶式压缩机为例，主表 1滑片数5

向的夹角是变化的，对任一滑片倾角，不可能致图 2给出了倾斜角变化时，滑片顶端作

使得滑片顶端作用力方向与滑片方向随时保持要结构参数列于表 1一

压缩机主要结构参数转于直径气缸长轴直径( am) r25. 07

用力与滑片间夹角 d随转角的变化曲线可见，在同一下， a随转角位置不同而发生周期性变化：对于不同的， d的变化周期一致，变化

精片长度( am】 r1 6 0

( mm )33 52

幅度基本相同，只是所处的区间范围不同

但无

采用的制冷工质为 R1 2,计算工况采用汽车

吸气压力饱和温度：一论取何值，滑片运动一周之内，总有 a相对较空调行业推荐标准： 1 . 1 C,排气压力饱和温度： 6 2 . 8℃,吸气温度： 小的转角范围和相对较大的范围段 7 . 2 C,过冷温度： 5 7 . 8℃,压缩机转速： 1 8 0 0 r/

ml n,设计变量：滑片倾斜角目标函数：.

= mi n( Wj￣+W i+ W t -,+W, o

式中

m

——滑片与滑槽底部、顶部间的摩擦功耗滑片与气缸内壁问的摩擦功耗

0

2 0 0

4 00

—

—

(’

Ⅳn一一轴承机械摩擦损失优化前，取滑片径向放置，即：一o,工作过

图 2滑片顶端作用力与滑片间的夹角 箍转角变化关系曲线

程模拟结果为： 总摩擦功耗： Wr=5 0 4 . 3 5 ( W) 各摩擦功之比为：Ⅳ r= : : 一 0 .80:01 4:0 .0 3:0 .0 3

因 d的变化很有规律，在平均值两侧的分布

基本对称，如果认为任一角度时的 a值对目标函数的加权相等，则可取目标函数为：j=r ai n( ma x 3 )

对滑片倾斜角进行优化，得到最小摩擦功

其中 8= g( O,

耗为目标的最优倾斜角= 1 4 . 3。,优化后的总各摩擦功之比为；W j:W j :W W, — O. 79:O.1 4:0. 04:0. 03

但在滑片的实际工作中，变化时，滑片的摩擦功耗，=4 9 0 . 3 7 ( W)受力情况有很大不同。对于受力较恶劣的转角范围，尽量碱小 8,能在较大程度上改善滑片的运动因而，目标函数的选取中，对各转角口的加权

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摩擦功耗相对滑片径向放置时降低问的摩擦力相对较小。而摩擦功耗不仅取决于摩2 . 7 7%。

擦力的大小，相对较小，而摩擦功耗不仅取决于摩擦力的大小，而且取决于沿摩擦力方向走过的

4对滑片倾斜角的分析4 . 1滑片倾斜角对气体压差力的影响

距离。由前述工作过程模拟的结果知，新型旋叶式压缩机中.主要的摩擦功耗集中在滑片与气缸内壁问 .约占总摩擦功耗的 8 0%左右。对滑片倾

滑片伸出滑槽的部分受到其两侧的气体力斜角进行优化，也主要是降低此处的摩擦功。 作用。将滑片作为脱离体分析，两侧的气体压差力是滑片所受的主要横向力，对滑片的运动具有

重要影响。改变滑片的倾斜角，气体压差力 F随转角目的变化关系示于图 3。

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图 4滑片所受各处犀擦力随转角变化关系

计算结果表明，改变滑片倾斜角对相应转轴转角处滑片与气缸内壁问摩擦力滑过的瞬问距离影响不大。它主要是可以改变精片与气缸内壁图 3滑片倾斜角对气体压差力的影响

间作用力的方向，从而改变各力的大小分布。图

滑片与气缸内 图 3中示出，倾斜角增大，气体压差力幅 5给出了不同的滑片倾斜角时，值降低。这是由于增大，使基元容积较早达到壁问摩擦力 F,随转轴转角 0的关系曲线最大值，压缩过程提前，使得某一基元容积达到排气压力时，后一基元容积内的压力比小角的情况大，因而滑片所承受的最大压差力变小显然增大，气体压差力减小，但由于滑片向外伸出滑槽的长度也相应增大，所以并非倾角越大，滑片受力状况越好。实际上，倾斜角过大， 将使支反力和摩擦力增大，且使得滑片的弯曲强度和刚度有所下降。 4 . 2滑片倾斜角 对滑片与气缸内壁间作用力的影响图 5滑片倾斜角变化时，滑片与气缸内壁间摩擦 …… 此处隐藏：2688字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……