二维（2D）微型中压空压机的设计与研究
发布时间：2021-07-21 17:08
空压机作为气动系统的动力元件,广泛用于国民经济的各个行业,尤其在航空航天等重要领域,有着质量小、压力大、振动小等特殊要求。目前,能实现中高压的活塞式空压机在工作过程中存在着往复惯性力及惯性力矩,导致机体振动较大,不容易实现微小型化,难以达到设计要求。因此,本文在二维（2D）泵阀能够实现微小型化的基础上,设计一款应用于航天的二维（2D）微型中压空压机,应用MATLAB、ADAMS软件对其进行动力学特性分析。主要研究工作和成果如下:（1）基于热力学原理建立二维（2D）微型中压空压机的热力学模型,对其进行详细的热力分析及计算。确定空压机三级压缩及各级压力比,计算排气系数、干气系数、抽气系数、吸排气温度、气缸行程容积等设计参数;分析计算理论功率和效率,为电机功率选型提供参考;上述计算与分析为整机的设计提供有力的理论数据支撑。（2）针对传统往复活塞式空压机不能同时实现微型、中高压、振动小等特点,本文提出了三个级次活塞与连杆一体化结构,简化结构,减小体积质量;采用双组导轨实现轴向往复惯性力平衡,减小机体振动;采用特定转角矩形槽配流机构替代了常用的进排气阀组结构,降低了设计复杂性。确定了等加等减速曲...
【文章来源】：浙江工业大学浙江省
【文章页数】：122 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
往复活塞式压缩机原理图[2]
二维(2D)微型中压空压机的设计与研究3双螺杆压缩机通过一对相互啮合的特定曲线的转子，在阴阳转子相互转动过程中，形成工作容腔的容积变化完成吸排气功能，且省去了进排气阀。单螺压缩机通过一个特定曲线圆柱螺杆与一组平面星轮啮合密封，在机壳内腔构成工作容积，螺杆与星轮啮合转动过程中改变工作容积的大小达到排出压力介质的功能。该类压缩机可靠性高，适应性强，操作维护方便，无进排气阀，易损件少，无往复运动，动力平衡性好，振动小；缺点是转子曲面造价较高，不能用于高压场合，不适用于微型场合，啮合工作时噪声较大，压缩比小[2]。滚动转子式压缩机也称为转子压缩机或滚动活塞压缩机，利用一个偏心圆筒形转子在缸体内转动来改变工作容腔的容积实现吸排气功能，如图1-3所示；与滚动转子式压缩机工作原理相近，滑片式压缩机也是依靠转子旋转配合转子上设置的与气缸特定内曲面贴合的滑片，滑片跟随转子旋转伸缩，形成容积变化的工作容腔，实现压力气体排出的功能，如图1-4所示。这两种压缩机的优点是零部件较少，结构紧凑，体积小，重量轻，工作性能稳定可靠，吸排气流阻损失小，容积效率高；缺点是内部旋转机构与气缸内壁相对运动速度比较大，接触机构磨损严重，且接触密封为线密封，在正常或者磨损情况下，密封效果差，难以实现高压缩比，由于旋转活塞与气缸之间有偏心距，运动构件在旋转速度较大的情况下会产生比较大的旋转惯性力，造成压缩机机体振动并产生噪音。1-弹簧2-排气阀3-气缸4-偏心轴5-滚动转子图1-3滚动转子式压缩机原理图[2]1-spring2-exhaustvalve3-cylinder4-eccentricshaft5-rollingrotorFigure1-3.Schematicdiagramofrollingrotorcompressor[2]
浙江工业大学硕士学位论文41-排气阀2-滑片3-转子4-气缸图1-4滑片式压缩机原理图[2]1-exhaustvalve2-slide3-rotor4-cylinderFigure1-4.Schematicdiagramofslidecompressor[2]涡旋式压缩机属于新一代压缩机，其主体部分为一对动静涡旋盘，如图1-5所示，外内侧空间分别与吸排气口相通，主轴带动动涡旋盘转动使压缩机同时连续完成进气、压缩、排气过程，压力上升速度较慢，故主轴扭矩变化幅度孝振动小；无吸排气阀，理论上无余隙容积，效率高，性能好，噪声低，可实现更小质量体积和高速化。但是其缺点也比较明显，涡旋型线设计复杂，制造加工精度要求高；动静涡旋盘之间接触面积小，密封困难，尤其压力较高时径向泄漏较大，容积效率降低，难以实现高压缩比；压缩机主轴运转速度高，动静涡旋盘相对速度很大，接触部件之间摩擦很大，磨损较严重，影响精密涡旋盘的寿命。1-动盘2-静盘图1-5涡旋式压缩机原理图[2]1-movingdisk2-staticdiskFigure1-5.Schematicdiagramofscrollcompressor[2]
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于数学模型的二维插装水泵设计与试验[J]. 金丁灿,阮健,邢彤,王灵峰. 农业机械学报. 2019(07)
[2]二维（2D）活塞泵的设计与静力学仿真研究[J]. 虞儒敏,邢彤,阮健. 液压气动与密封. 2019(02)
[3]二维（2D）活塞泵用端面凸轮的设计与误差补偿[J]. 李进园,金丁灿,童成伟,申屠胜男,孟彬,阮健. 液压气动与密封. 2017(06)
[4]往复压缩机气缸传热对压缩过程的影响[J]. 张海滨,卢迪. 流体机械. 2017(04)
[5]ADAMS中的接触和接触摩擦作用机制实例详解[J]. 高一佳. 汽车实用技术. 2017(06)
[6]2D液压技术——据浙江工业大学专家邢彤报告整理[J]. 张婷婷. 液压气动与密封. 2016(03)
[7]往复式压缩机气阀的改进[J]. 李建桥,朱玉峰. 科技信息. 2013(20)
[8]无油十字滑块压缩机高压柱塞气体泄漏模型及应用[J]. 林强. 石油和化工设备. 2011(11)
[9]新型摇摆活塞式无油润滑空气压缩机的研究[J]. 耿爱农,耿葵花,李辛沫,陈君立,阮勤江. 中国机械工程. 2011(18)
[10]圆筒型永磁动圈式直线电动机气隙磁场和推力解析分析[J]. 宋媛,王淑红. 微特电机. 2011(05)
博士论文
[1]动磁式直线压缩机理论与试验研究[D]. 谢洁飞.浙江大学 2005
硕士论文
[1]二维（2D）双联式燃油泵的设计与研究[D]. 吴圣.浙江工业大学 2016
[2]冰箱用直线压缩机结构研究[D]. 赵星磊.华中科技大学 2013
[3]活塞连杆一体型压缩机工作特性研究[D]. 李小华.广西大学 2012
[4]动圈型直线压缩机原理性样机的优化与设计[D]. 沈海涛.浙江大学 2006
[5]2D气动数字伺服阀研究[D]. 白继平.浙江工业大学 2005
本文编号：3295433
【文章来源】：浙江工业大学浙江省
【文章页数】：122 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
往复活塞式压缩机原理图[2]
二维(2D)微型中压空压机的设计与研究3双螺杆压缩机通过一对相互啮合的特定曲线的转子，在阴阳转子相互转动过程中，形成工作容腔的容积变化完成吸排气功能，且省去了进排气阀。单螺压缩机通过一个特定曲线圆柱螺杆与一组平面星轮啮合密封，在机壳内腔构成工作容积，螺杆与星轮啮合转动过程中改变工作容积的大小达到排出压力介质的功能。该类压缩机可靠性高，适应性强，操作维护方便，无进排气阀，易损件少，无往复运动，动力平衡性好，振动小；缺点是转子曲面造价较高，不能用于高压场合，不适用于微型场合，啮合工作时噪声较大，压缩比小[2]。滚动转子式压缩机也称为转子压缩机或滚动活塞压缩机，利用一个偏心圆筒形转子在缸体内转动来改变工作容腔的容积实现吸排气功能，如图1-3所示；与滚动转子式压缩机工作原理相近，滑片式压缩机也是依靠转子旋转配合转子上设置的与气缸特定内曲面贴合的滑片，滑片跟随转子旋转伸缩，形成容积变化的工作容腔，实现压力气体排出的功能，如图1-4所示。这两种压缩机的优点是零部件较少，结构紧凑，体积小，重量轻，工作性能稳定可靠，吸排气流阻损失小，容积效率高；缺点是内部旋转机构与气缸内壁相对运动速度比较大，接触机构磨损严重，且接触密封为线密封，在正常或者磨损情况下，密封效果差，难以实现高压缩比，由于旋转活塞与气缸之间有偏心距，运动构件在旋转速度较大的情况下会产生比较大的旋转惯性力，造成压缩机机体振动并产生噪音。1-弹簧2-排气阀3-气缸4-偏心轴5-滚动转子图1-3滚动转子式压缩机原理图[2]1-spring2-exhaustvalve3-cylinder4-eccentricshaft5-rollingrotorFigure1-3.Schematicdiagramofrollingrotorcompressor[2]
浙江工业大学硕士学位论文41-排气阀2-滑片3-转子4-气缸图1-4滑片式压缩机原理图[2]1-exhaustvalve2-slide3-rotor4-cylinderFigure1-4.Schematicdiagramofslidecompressor[2]涡旋式压缩机属于新一代压缩机，其主体部分为一对动静涡旋盘，如图1-5所示，外内侧空间分别与吸排气口相通，主轴带动动涡旋盘转动使压缩机同时连续完成进气、压缩、排气过程，压力上升速度较慢，故主轴扭矩变化幅度孝振动小；无吸排气阀，理论上无余隙容积，效率高，性能好，噪声低，可实现更小质量体积和高速化。但是其缺点也比较明显，涡旋型线设计复杂，制造加工精度要求高；动静涡旋盘之间接触面积小，密封困难，尤其压力较高时径向泄漏较大，容积效率降低，难以实现高压缩比；压缩机主轴运转速度高，动静涡旋盘相对速度很大，接触部件之间摩擦很大，磨损较严重，影响精密涡旋盘的寿命。1-动盘2-静盘图1-5涡旋式压缩机原理图[2]1-movingdisk2-staticdiskFigure1-5.Schematicdiagramofscrollcompressor[2]
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于数学模型的二维插装水泵设计与试验[J]. 金丁灿,阮健,邢彤,王灵峰. 农业机械学报. 2019(07)
[2]二维（2D）活塞泵的设计与静力学仿真研究[J]. 虞儒敏,邢彤,阮健. 液压气动与密封. 2019(02)
[3]二维（2D）活塞泵用端面凸轮的设计与误差补偿[J]. 李进园,金丁灿,童成伟,申屠胜男,孟彬,阮健. 液压气动与密封. 2017(06)
[4]往复压缩机气缸传热对压缩过程的影响[J]. 张海滨,卢迪. 流体机械. 2017(04)
[5]ADAMS中的接触和接触摩擦作用机制实例详解[J]. 高一佳. 汽车实用技术. 2017(06)
[6]2D液压技术——据浙江工业大学专家邢彤报告整理[J]. 张婷婷. 液压气动与密封. 2016(03)
[7]往复式压缩机气阀的改进[J]. 李建桥,朱玉峰. 科技信息. 2013(20)
[8]无油十字滑块压缩机高压柱塞气体泄漏模型及应用[J]. 林强. 石油和化工设备. 2011(11)
[9]新型摇摆活塞式无油润滑空气压缩机的研究[J]. 耿爱农,耿葵花,李辛沫,陈君立,阮勤江. 中国机械工程. 2011(18)
[10]圆筒型永磁动圈式直线电动机气隙磁场和推力解析分析[J]. 宋媛,王淑红. 微特电机. 2011(05)
博士论文
[1]动磁式直线压缩机理论与试验研究[D]. 谢洁飞.浙江大学 2005
硕士论文
[1]二维（2D）双联式燃油泵的设计与研究[D]. 吴圣.浙江工业大学 2016
[2]冰箱用直线压缩机结构研究[D]. 赵星磊.华中科技大学 2013
[3]活塞连杆一体型压缩机工作特性研究[D]. 李小华.广西大学 2012
[4]动圈型直线压缩机原理性样机的优化与设计[D]. 沈海涛.浙江大学 2006
[5]2D气动数字伺服阀研究[D]. 白继平.浙江工业大学 2005
本文编号：3295433
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