基于Frenet标架的涡旋压缩机型线设计理论与性能研究
发布时间：2022-08-11 22:29
涡旋压缩机是一种借助容积变化来实现气体压缩的流体机械,由于具有结构紧凑、微振低噪、可靠性高和高效节能等诸多优点而被广泛应用于制冷、空调、医疗器械、电力、化工等众多重要领域,并且在医疗无油润滑压缩机和新能源电动汽车等高端装备制造业特殊用途的需求下,涡旋压缩机以优于传统压缩机的独特优势得到了迅猛发展。然而关于涡旋压缩机设计的核心技术问题—涡旋齿型线设计,对其开展的研究还局限在传统的设计模式中,这给新型高效且满足不同性能需求的涡旋齿型线设计带来了极大挑战。本文从涡旋齿型线创新设计视角出发,利用微分几何中的Frenet活动标架,系统研究了不同齿廓的涡旋齿型线设计问题,为设计研制新型高效的涡旋压缩机提供了理论指导。论文的主要研究内容及研究成果包括以下几个方面:（1）基于微分几何的共轭涡旋型线啮合理论。定义曲线光滑连续相切接触条件,提出共轭涡旋型线的概念;建立共轭涡旋型线的基本啮合理论,并对其进行数学描述,推导出共轭涡旋型线坐标系之间的数量转换关系,采用单参数曲线族包络法深入研究了涡旋型线的啮合特性;从运动学的角度对共轭涡旋型线啮合的充要条件进行论证。（2）基于Frenet活动标架的涡旋齿型线的归...
【文章页数】：144 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 涡旋压缩机的发展回顾
1.2 国内外研究现状
1.2.1 涡旋齿型线理论研究
1.2.1.1 单一型线
1.2.1.2 组合型线
1.2.1.3 通用型线
1.2.1.4 修正型线
1.2.1.5 涡旋型线的优化
1.2.2 工作过程特性研究
1.2.3 动力特性研究
1.2.4 摩擦磨损与润滑研究
1.2.5 高性能样机研究
1.2.6 涡旋齿型线研究存在的问题与不足
1.3 本文选题背景和意义
1.4 本文研究内容及技术路线
1.4.1 本文研究内容
1.4.2 技术路线
1.5 本文章节安排
第2章 基于微分几何的共轭涡旋型线啮合理论
2.1 引言
2.2 共轭涡旋型线的定义
2.2.1 共轭曲线的定义
2.2.2 共轭涡旋型线
2.3 涡旋型线啮合基本原理
2.3.1 坐标系及坐标变换
2.3.2 单参数曲线族包络法求解型线啮合问题
2.3.3 共轭型线啮合的充要条件
2.4 本章小结
第3章 基于Frenet标架的涡旋齿型线的归一化数学模型
3.1 引言
3.2 现有构成涡旋齿型线的曲线形式
3.3 各种曲线的性能分析
3.4 涡旋齿型线的归一化数学模型
3.4.1 Frenet标架在涡旋齿型线中的应用
3.4.2 典型曲线与归一化方程的转换关系
3.5 本章小结
第4章 等壁厚和渐变壁厚涡旋齿型线几何特性与优选策略
4.1 引言
4.2 等壁厚涡旋齿型线
4.2.1 等壁厚涡旋齿型线的几何模型
4.2.2 等壁厚涡旋齿型线构成的腔体容积计算
4.3 渐变壁厚涡旋齿型线
4.3.1 渐变壁厚涡旋齿型线的几何模型
4.3.2 渐变壁厚涡旋齿型线构成的腔体容积计算
4.4 涡旋齿型线的几何性能指标
4.4.1 行程容积
4.4.2 压缩比
4.4.3 涡盘圆周大径
4.4.4 面积利用系数
4.4.5 涡旋齿齿厚
4.5 等壁厚涡旋齿型线控制系数的优选策略
4.6 等壁厚涡旋齿型线的优选
4.7 渐变壁厚涡旋齿型线控制系数的优选策略
4.8 渐变壁厚涡旋齿型线的优选
4.9 本章小结
第5章 变壁厚涡旋齿型线构建方法与几何理论
5.1 引言
5.2 Ⅰ型变壁厚涡旋齿型线
5.2.1 Ⅰ型型线母线方程的建立
5.2.2 Ⅰ型型线构成的腔体容积计算
5.3 Ⅱ型变壁厚涡旋齿型线
5.3.1 Ⅱ型型线母线方程的建立
5.3.2 Ⅱ型型线构成的腔体容积计算
5.4 Ⅲ型变壁厚涡旋齿型线
5.4.1 Ⅲ型型线母线方程的建立
5.4.2 Ⅲ型型线构成的腔体容积计算
5.5 型线参数对变壁厚涡旋齿型线几何性能的影响
5.5.1 几何性能指标
5.5.2 型线参数对Ⅰ型型线几何性能的影响
5.5.3 型线参数对Ⅱ型型线几何性能的影响
5.5.4 型线参数对Ⅲ型型线几何性能的影响
5.6 三种变壁厚涡旋齿型线的性能评价
5.6.1 动力性能指标
5.6.2 性能对比
5.7 高次曲线的组合编码
5.7.1 组合编码后的曲线对Ⅰ型型线性能的影响
5.7.2 组合编码后的曲线对Ⅱ型型线性能的影响
5.8 本章小结
第6章 变壁厚涡旋齿的齿厚数学模型与变化规律
6.1 引言
6.2 变壁厚涡旋齿的齿厚计算模型
6.3 Ⅰ型变壁厚涡旋齿的齿厚变化规律
6.3.1 Ⅰ型型线参数中基圆半径对齿厚的影响
6.3.2 Ⅰ型型线参数中回转半径对齿厚的影响
6.3.3 Ⅰ型型线参数中连接点对齿厚的影响
6.4 Ⅱ型变壁厚涡旋齿的齿厚变化规律
6.4.1 Ⅱ型型线参数中基圆半径对齿厚的影响
6.4.2 Ⅱ型型线参数中回转半径对齿厚的影响
6.4.3 Ⅱ型型线参数中齿厚控制系数对齿厚的影响
6.4.4 Ⅱ型型线参数中最大展弦对齿厚的影响
6.4.5 Ⅱ型型线参数中连接点对齿厚的影响
6.5 Ⅲ型变壁厚涡旋齿的齿厚变化规律
6.5.1 Ⅲ型型线参数中首末段基圆半径对齿厚的影响
6.5.2 Ⅲ型型线参数中中间段基圆半径对齿厚的影响
6.5.3 Ⅲ型型线参数中回转半径对齿厚的影响
6.5.4 Ⅲ型型线参数中连接点对齿厚的影响
6.6 组合编码后的曲线对Ⅱ型涡旋齿齿厚的影响
6.7 本章小结
第7章 变壁厚涡旋齿型线涡旋压缩机性能试验研究
7.1 引言
7.2 等分切向角变步长双圆弧插补算法模型
7.2.1 插补算法
7.2.2 插补误差
7.3 Ⅲ型变壁厚涡旋齿的加工
7.4 变壁厚涡旋齿型线涡旋压缩机样机性能测试
7.4.1 性能测试条件与试验检测
7.4.2 性能测试结果与分析
7.5 本章小结
第8章 总结与展望
8.1 全文总结
8.2 研究展望
参考文献
致谢
附录A 攻读博士学位期间所发表的论文
附录B 攻读学位期间参与的科研项目
附录C 攻读博士学位期间获得的奖励
【参考文献】：
期刊论文
[1]一款新型组合型线涡旋压缩机的设计[J]. 刘学平,李秋宇,刘宇. 压缩机技术. 2019(03)
[2]运动副间隙对涡旋压缩机动力特性的影响[J]. 彭斌,方圆力. 流体机械. 2019(05)
[3]涡旋压缩机的变基圆型线研究[J]. 丁佳男,张英莉,岳向吉,巴德纯. 东北大学学报(自然科学版). 2019(05)
[4]基于Frenet标架的变截面涡旋压缩机型线的研究[J]. 侯才生,刘涛. 华中科技大学学报(自然科学版). 2019(02)
[5]基于ANSYS的变径基圆渐开线涡旋型线的仿真分析[J]. 王吉岱,曹雪平,魏军英,马兰. 机床与液压. 2019(01)
[6]涡旋压缩机新型渐变壁厚涡旋齿的设计和工作特性研究[J]. 刘强,曹晨燕,王君,刘军亮,崔锋. 流体机械. 2018(12)
[7]新型无油涡旋压缩机性能[J]. 彭斌,赵生显,李要红. 中国机械工程. 2018(24)
[8]基于Frenet标架的变截面涡旋齿齿厚变化规律研究[J]. 侯才生,刘涛. 哈尔滨工程大学学报. 2019(06)
[9]电动汽车空调变工况背压腔流场特性研究[J]. 刘兴旺,万春焕. 汽车工程. 2018(10)
[10]变压比工况下涡旋制冷压缩机内部流动特性研究[J]. 吴凯,孙帅辉,杨立博,郭鹏程. 西安理工大学学报. 2018(03)
博士论文
[1]共轭曲线齿轮啮合理论研究[D]. 梁栋.重庆大学 2015
[2]涡旋压缩机动力特性及仿真模拟研究[D]. 余洋.兰州理工大学 2014
[3]涡旋压缩腔几何模型与涡旋齿强度研究[D]. 强建国.兰州理工大学 2007
[4]驱动轴承内嵌式涡旋压缩机特性研究[D]. 李超.兰州理工大学 2007
[5]通用涡旋型线集成设计理论与方法研究[D]. 王立存.重庆大学 2007
硕士论文
[1]涡旋压缩机主要零部件检测装置设计[D]. 文雅珊.南昌大学 2012
[2]变径基圆渐开线涡旋型线的分析[D]. 田亚永.兰州理工大学 2011
[3]组合型线涡旋压缩机型线设计与涡旋齿的有限元分析[D]. 杜文武.兰州理工大学 2011
[4]新型组合曲线涡旋压缩机容积特性及动力学研究[D]. 陈亚娟.重庆大学 2006
[5]基圆渐开线型涡旋压缩机涡盘几何参数优化设计研究[D]. 刘兴旺.兰州理工大学 2005
本文编号：3675513
【文章页数】：144 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 涡旋压缩机的发展回顾
1.2 国内外研究现状
1.2.1 涡旋齿型线理论研究
1.2.1.1 单一型线
1.2.1.2 组合型线
1.2.1.3 通用型线
1.2.1.4 修正型线
1.2.1.5 涡旋型线的优化
1.2.2 工作过程特性研究
1.2.3 动力特性研究
1.2.4 摩擦磨损与润滑研究
1.2.5 高性能样机研究
1.2.6 涡旋齿型线研究存在的问题与不足
1.3 本文选题背景和意义
1.4 本文研究内容及技术路线
1.4.1 本文研究内容
1.4.2 技术路线
1.5 本文章节安排
第2章 基于微分几何的共轭涡旋型线啮合理论
2.1 引言
2.2 共轭涡旋型线的定义
2.2.1 共轭曲线的定义
2.2.2 共轭涡旋型线
2.3 涡旋型线啮合基本原理
2.3.1 坐标系及坐标变换
2.3.2 单参数曲线族包络法求解型线啮合问题
2.3.3 共轭型线啮合的充要条件
2.4 本章小结
第3章 基于Frenet标架的涡旋齿型线的归一化数学模型
3.1 引言
3.2 现有构成涡旋齿型线的曲线形式
3.3 各种曲线的性能分析
3.4 涡旋齿型线的归一化数学模型
3.4.1 Frenet标架在涡旋齿型线中的应用
3.4.2 典型曲线与归一化方程的转换关系
3.5 本章小结
第4章 等壁厚和渐变壁厚涡旋齿型线几何特性与优选策略
4.1 引言
4.2 等壁厚涡旋齿型线
4.2.1 等壁厚涡旋齿型线的几何模型
4.2.2 等壁厚涡旋齿型线构成的腔体容积计算
4.3 渐变壁厚涡旋齿型线
4.3.1 渐变壁厚涡旋齿型线的几何模型
4.3.2 渐变壁厚涡旋齿型线构成的腔体容积计算
4.4 涡旋齿型线的几何性能指标
4.4.1 行程容积
4.4.2 压缩比
4.4.3 涡盘圆周大径
4.4.4 面积利用系数
4.4.5 涡旋齿齿厚
4.5 等壁厚涡旋齿型线控制系数的优选策略
4.6 等壁厚涡旋齿型线的优选
4.7 渐变壁厚涡旋齿型线控制系数的优选策略
4.8 渐变壁厚涡旋齿型线的优选
4.9 本章小结
第5章 变壁厚涡旋齿型线构建方法与几何理论
5.1 引言
5.2 Ⅰ型变壁厚涡旋齿型线
5.2.1 Ⅰ型型线母线方程的建立
5.2.2 Ⅰ型型线构成的腔体容积计算
5.3 Ⅱ型变壁厚涡旋齿型线
5.3.1 Ⅱ型型线母线方程的建立
5.3.2 Ⅱ型型线构成的腔体容积计算
5.4 Ⅲ型变壁厚涡旋齿型线
5.4.1 Ⅲ型型线母线方程的建立
5.4.2 Ⅲ型型线构成的腔体容积计算
5.5 型线参数对变壁厚涡旋齿型线几何性能的影响
5.5.1 几何性能指标
5.5.2 型线参数对Ⅰ型型线几何性能的影响
5.5.3 型线参数对Ⅱ型型线几何性能的影响
5.5.4 型线参数对Ⅲ型型线几何性能的影响
5.6 三种变壁厚涡旋齿型线的性能评价
5.6.1 动力性能指标
5.6.2 性能对比
5.7 高次曲线的组合编码
5.7.1 组合编码后的曲线对Ⅰ型型线性能的影响
5.7.2 组合编码后的曲线对Ⅱ型型线性能的影响
5.8 本章小结
第6章 变壁厚涡旋齿的齿厚数学模型与变化规律
6.1 引言
6.2 变壁厚涡旋齿的齿厚计算模型
6.3 Ⅰ型变壁厚涡旋齿的齿厚变化规律
6.3.1 Ⅰ型型线参数中基圆半径对齿厚的影响
6.3.2 Ⅰ型型线参数中回转半径对齿厚的影响
6.3.3 Ⅰ型型线参数中连接点对齿厚的影响
6.4 Ⅱ型变壁厚涡旋齿的齿厚变化规律
6.4.1 Ⅱ型型线参数中基圆半径对齿厚的影响
6.4.2 Ⅱ型型线参数中回转半径对齿厚的影响
6.4.3 Ⅱ型型线参数中齿厚控制系数对齿厚的影响
6.4.4 Ⅱ型型线参数中最大展弦对齿厚的影响
6.4.5 Ⅱ型型线参数中连接点对齿厚的影响
6.5 Ⅲ型变壁厚涡旋齿的齿厚变化规律
6.5.1 Ⅲ型型线参数中首末段基圆半径对齿厚的影响
6.5.2 Ⅲ型型线参数中中间段基圆半径对齿厚的影响
6.5.3 Ⅲ型型线参数中回转半径对齿厚的影响
6.5.4 Ⅲ型型线参数中连接点对齿厚的影响
6.6 组合编码后的曲线对Ⅱ型涡旋齿齿厚的影响
6.7 本章小结
第7章 变壁厚涡旋齿型线涡旋压缩机性能试验研究
7.1 引言
7.2 等分切向角变步长双圆弧插补算法模型
7.2.1 插补算法
7.2.2 插补误差
7.3 Ⅲ型变壁厚涡旋齿的加工
7.4 变壁厚涡旋齿型线涡旋压缩机样机性能测试
7.4.1 性能测试条件与试验检测
7.4.2 性能测试结果与分析
7.5 本章小结
第8章 总结与展望
8.1 全文总结
8.2 研究展望
参考文献
致谢
附录A 攻读博士学位期间所发表的论文
附录B 攻读学位期间参与的科研项目
附录C 攻读博士学位期间获得的奖励
【参考文献】：
期刊论文
[1]一款新型组合型线涡旋压缩机的设计[J]. 刘学平,李秋宇,刘宇. 压缩机技术. 2019(03)
[2]运动副间隙对涡旋压缩机动力特性的影响[J]. 彭斌,方圆力. 流体机械. 2019(05)
[3]涡旋压缩机的变基圆型线研究[J]. 丁佳男,张英莉,岳向吉,巴德纯. 东北大学学报(自然科学版). 2019(05)
[4]基于Frenet标架的变截面涡旋压缩机型线的研究[J]. 侯才生,刘涛. 华中科技大学学报(自然科学版). 2019(02)
[5]基于ANSYS的变径基圆渐开线涡旋型线的仿真分析[J]. 王吉岱,曹雪平,魏军英,马兰. 机床与液压. 2019(01)
[6]涡旋压缩机新型渐变壁厚涡旋齿的设计和工作特性研究[J]. 刘强,曹晨燕,王君,刘军亮,崔锋. 流体机械. 2018(12)
[7]新型无油涡旋压缩机性能[J]. 彭斌,赵生显,李要红. 中国机械工程. 2018(24)
[8]基于Frenet标架的变截面涡旋齿齿厚变化规律研究[J]. 侯才生,刘涛. 哈尔滨工程大学学报. 2019(06)
[9]电动汽车空调变工况背压腔流场特性研究[J]. 刘兴旺,万春焕. 汽车工程. 2018(10)
[10]变压比工况下涡旋制冷压缩机内部流动特性研究[J]. 吴凯,孙帅辉,杨立博,郭鹏程. 西安理工大学学报. 2018(03)
博士论文
[1]共轭曲线齿轮啮合理论研究[D]. 梁栋.重庆大学 2015
[2]涡旋压缩机动力特性及仿真模拟研究[D]. 余洋.兰州理工大学 2014
[3]涡旋压缩腔几何模型与涡旋齿强度研究[D]. 强建国.兰州理工大学 2007
[4]驱动轴承内嵌式涡旋压缩机特性研究[D]. 李超.兰州理工大学 2007
[5]通用涡旋型线集成设计理论与方法研究[D]. 王立存.重庆大学 2007
硕士论文
[1]涡旋压缩机主要零部件检测装置设计[D]. 文雅珊.南昌大学 2012
[2]变径基圆渐开线涡旋型线的分析[D]. 田亚永.兰州理工大学 2011
[3]组合型线涡旋压缩机型线设计与涡旋齿的有限元分析[D]. 杜文武.兰州理工大学 2011
[4]新型组合曲线涡旋压缩机容积特性及动力学研究[D]. 陈亚娟.重庆大学 2006
[5]基圆渐开线型涡旋压缩机涡盘几何参数优化设计研究[D]. 刘兴旺.兰州理工大学 2005
本文编号：3675513
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