涡旋压缩机传动系统曲轴强度研究与结构优化
发布时间：2023-04-02 03:22
涡旋压缩机具有结构简单、体积小、节能高效等优点,目前在制冷与空调、各种气体压缩、燃料电池等领域得到了广泛的应用。涡旋压缩机主要由动静涡旋盘、曲轴、机架、主副轴承、平衡铁和防自转机构等零件构成,各零部件之间相互配合,核心构件出现故障或存在设计缺陷都会直接或间接影响到整机运行的平稳性与可靠性,导致涡旋压缩机性能的下降。因此,在工作过程中核心零部件的可靠性是保障整机工作效率的重点,对构件进行适当的优化是确保涡旋压缩机性能和安全性的前提。本文结合涡旋压缩机实际工作状况,总结常见传动系统故障因素,建立了涡旋压缩机传动系统故障树,并进行定性分析,识别系统的薄弱环节。在此基础上确立了曲轴强度问题与临界转速下的振动问题是保证传动系统运行稳定性的重点。以某高校某型号涡旋压缩机传动系统为研究对象,首先针对传动系统曲轴强度问题,结合传动系统的基本理论,利用有限元软件对传动系统曲轴进行静力学分析,校核其强度,同时进行多次有限元仿真讨论了结构参数、材料、载荷对曲轴强度的影响,为曲轴疲劳分析提供有限元结果数据。在长期工作过程曲轴强度问题容易引发高周疲劳破坏,会对压缩机运行的稳定性产生严重影响,所以在曲轴强度满足设...
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 涡旋压缩机的发展历程
1.2 涡旋压缩机的发展趋势
1.3 涡旋压缩机的研究热点
1.3.1 涡旋型线研究
1.3.2 动力学特性研究
1.3.3 摩擦磨损与润滑研究
1.3.4 工作过程特性研究
1.3.5 机构模型的研究
1.3.6 故障研究
1.4 课题研究的来源及意义
1.4.1 课题的来源
1.4.2 课题的背景及意义
1.5 课题的研究内容及创新点
1.5.1 课题的内容
1.5.2 课题的创新点
第2章 涡旋压缩机几何理论及受力分析
2.1 涡旋压缩机的结构及工作原理
2.2 涡旋压缩机的几何理论
2.2.1 圆的渐开线方程
2.2.2 工作腔行程容积与容积比
2.3 涡旋压缩机的受力分析
2.3.1 动涡盘的气体力分析
2.3.2 动涡盘惯性载荷
2.3.3 动涡盘倾覆力矩分析
2.3.4 动涡盘受力分析
2.3.5 偏心主轴受力分析
2.4 本章小结
第3章 涡旋压缩机传动系统故障分析
3.1 故障树的基本理论
3.1.1 故障树的数学描述
3.1.2 故障树的构建步骤
3.2 传动系统主要的故障形式
3.2.1 曲轴故障
3.2.2 轴承故障
3.2.3 电机故障
3.2.4 动涡盘故障
3.3 传动系统故障树分析
3.3.1 构建故障树
3.3.2 求最小割集
3.3.3 故障树结构重要度
3.4 本章小结
第4章 曲轴有限元静力学分析
4.1 有限元方法概述
4.2 气体力的计算
4.3 建立曲轴有限元模型
4.3.1 几何模型与材料定义
4.3.2 简化主副轴承
4.3.4 网格划分
4.3.5 施加载荷和约束
4.3.6 有限元结果分析
4.4 曲轴强度影响因素分析
4.4.1 结构参数
4.4.2 材料参数
4.4.3 转速
4.5 本章小结
第5章 涡旋压缩机曲轴疲劳分析
5.1 疲劳分析理论
5.2 疲劳寿命预测方法
5.3 疲劳分析软件NCODE
5.4 曲轴疲劳分析
5.4.1 材料属性
5.4.2 载荷谱的添加
5.4.3 疲劳结果分析
5.5 本章小结
第6章 传动系统模态分析及优化
6.1 优化设计概述
6.1.1 Ansys Workbench参数优化模块
6.1.2 响应面法概述
6.1.3 优化分析步骤
6.2 传动系统模态分析
6.2.1 模型的导入
6.2.2 材料属性的定义及网格的划分
6.2.3 约束和载荷
6.2.4 传动系统预应力下模态分析
6.3 优化设计及评价
6.3.1 确定设计变量
6.3.2 试验设计方法
6.3.3 灵敏度分析
6.3.4 响应面分析
6.4 涡旋压缩机传动系统多目标优化
6.4.1 多目标优化数学模型
6.4.2 优化结果讨论
6.5 本章小结
总结与展望
参考文献
致谢
附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录
本文编号：3778432
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
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摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 涡旋压缩机的发展历程
1.2 涡旋压缩机的发展趋势
1.3 涡旋压缩机的研究热点
1.3.1 涡旋型线研究
1.3.2 动力学特性研究
1.3.3 摩擦磨损与润滑研究
1.3.4 工作过程特性研究
1.3.5 机构模型的研究
1.3.6 故障研究
1.4 课题研究的来源及意义
1.4.1 课题的来源
1.4.2 课题的背景及意义
1.5 课题的研究内容及创新点
1.5.1 课题的内容
1.5.2 课题的创新点
第2章 涡旋压缩机几何理论及受力分析
2.1 涡旋压缩机的结构及工作原理
2.2 涡旋压缩机的几何理论
2.2.1 圆的渐开线方程
2.2.2 工作腔行程容积与容积比
2.3 涡旋压缩机的受力分析
2.3.1 动涡盘的气体力分析
2.3.2 动涡盘惯性载荷
2.3.3 动涡盘倾覆力矩分析
2.3.4 动涡盘受力分析
2.3.5 偏心主轴受力分析
2.4 本章小结
第3章 涡旋压缩机传动系统故障分析
3.1 故障树的基本理论
3.1.1 故障树的数学描述
3.1.2 故障树的构建步骤
3.2 传动系统主要的故障形式
3.2.1 曲轴故障
3.2.2 轴承故障
3.2.3 电机故障
3.2.4 动涡盘故障
3.3 传动系统故障树分析
3.3.1 构建故障树
3.3.2 求最小割集
3.3.3 故障树结构重要度
3.4 本章小结
第4章 曲轴有限元静力学分析
4.1 有限元方法概述
4.2 气体力的计算
4.3 建立曲轴有限元模型
4.3.1 几何模型与材料定义
4.3.2 简化主副轴承
4.3.4 网格划分
4.3.5 施加载荷和约束
4.3.6 有限元结果分析
4.4 曲轴强度影响因素分析
4.4.1 结构参数
4.4.2 材料参数
4.4.3 转速
4.5 本章小结
第5章 涡旋压缩机曲轴疲劳分析
5.1 疲劳分析理论
5.2 疲劳寿命预测方法
5.3 疲劳分析软件NCODE
5.4 曲轴疲劳分析
5.4.1 材料属性
5.4.2 载荷谱的添加
5.4.3 疲劳结果分析
5.5 本章小结
第6章 传动系统模态分析及优化
6.1 优化设计概述
6.1.1 Ansys Workbench参数优化模块
6.1.2 响应面法概述
6.1.3 优化分析步骤
6.2 传动系统模态分析
6.2.1 模型的导入
6.2.2 材料属性的定义及网格的划分
6.2.3 约束和载荷
6.2.4 传动系统预应力下模态分析
6.3 优化设计及评价
6.3.1 确定设计变量
6.3.2 试验设计方法
6.3.3 灵敏度分析
6.3.4 响应面分析
6.4 涡旋压缩机传动系统多目标优化
6.4.1 多目标优化数学模型
6.4.2 优化结果讨论
6.5 本章小结
总结与展望
参考文献
致谢
附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录
本文编号：3778432
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