發(fā)布時(shí)間：2020-06-09 00:49

【摘要】：以二階連續(xù)三段圓漸開(kāi)線變截面組合型線動(dòng)渦旋盤(pán)為研究對(duì)象,通過(guò)建立動(dòng)渦旋盤(pán)的三維實(shí)體模型,借助ANSYS Workbench對(duì)其進(jìn)行了模態(tài)分析,得到前六階固有頻率和各振型對(duì)應(yīng)的各點(diǎn)綜合位移圖.在此基礎(chǔ)上以計(jì)算工況為危險(xiǎn)工況對(duì)動(dòng)渦旋盤(pán)進(jìn)行了諧響應(yīng)分析,得到渦旋齒在指定路徑上的變形及不同路徑上應(yīng)力、應(yīng)變隨頻率的變化規(guī)律,并與等截面渦旋齒的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行比較,定量給出了等、變截面渦旋盤(pán)的峰值響應(yīng),證明了變截面渦旋齒在動(dòng)態(tài)特性方面的優(yōu)越性.
【圖文】：

７９＋２．８８５φ）ｓｉｎφ＋２．８８５ｃｏｓφｙ＝２．８８５ｓｉｎφ－（１０．８７９＋２．８８５φ）ｃｏｓ｛φ１．２實(shí)體模型的建立渦旋盤(pán)材料為碳鋼，密度為７８５０ｋｇ／ｍ３，彈性模量２００Ｐａ，泊松比０．３，組合型線三段漸開(kāi)線基圓半徑分別為２．８８５、４．１５８、２．８８５ｍｍ，渦旋齒高４０ｍｍ，渦旋盤(pán)端板厚度１０ｍｍ．在ＵＧ中利用型線方程先得到平面曲線，再通過(guò)拉伸得到三維實(shí)體模型，其中齒端部分采用雙圓弧修正，如圖１所示．圖１動(dòng)渦旋盤(pán)實(shí)體模型Ｆｉｇ．１Ｓｏｌｉｄｍｏｄｅｌｏｆｏｒｂｉｔｉｎｇｓｃｒｏｌｌｄｉｓｃ２有限元分析２．１網(wǎng)格劃分將實(shí)體模型導(dǎo)入ＡＮＳＹＳＷｏｒｋｂｅｎｃｈ中并進(jìn)行修復(fù)處理，以防在導(dǎo)入過(guò)程中線面元素的丟失，影響動(dòng)態(tài)特性的分析．網(wǎng)格劃分采用８節(jié)點(diǎn)的六面體三維等參元，即ＡＮＳＹＳ中的Ｓｏｌｉｄ４５單元，自由網(wǎng)格劃分，，網(wǎng)格單元數(shù)１５２３９，節(jié)點(diǎn)數(shù)２７９５０．２．２約束和載荷動(dòng)渦旋盤(pán)背面的輪轂由于受十字滑塊等防自轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的約束，只能繞靜渦旋盤(pán)作公轉(zhuǎn)平動(dòng)，軸向受到靜渦旋盤(pán)齒頂面的限制，同時(shí)輪轂與軸承接觸的內(nèi)孔表面ｘ、ｙ方向的位移被限制，故約束內(nèi)孔表面三個(gè)方向的位移為零．渦旋壓縮機(jī)是由動(dòng)靜渦旋盤(pán)相互嚙合實(shí)現(xiàn)壓縮，由外而內(nèi)依次形成吸氣腔、壓縮腔和排氣腔，腔的體積隨著主軸轉(zhuǎn)角的增大逐漸減小，最后在排氣腔等壓排出．在此過(guò)程中，壓縮腔的壓力逐漸增大，當(dāng)主軸轉(zhuǎn)角為開(kāi)始排氣角時(shí)，即壓縮腔與排氣腔相通的瞬間，腔體內(nèi)壓力達(dá)到最大值，此時(shí)渦旋齒的受力也最大．故以此時(shí)的壓力為工況壓力來(lái)

圖２動(dòng)渦旋盤(pán)前六階固有頻率及對(duì)應(yīng)振型（ｍｍ）Ｆｉｇ．２Ｆｉｒｓｔｓｉｘｔｈ－ｏｒｄｅｒｎａｔｕｒａｌｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓａｎｄｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｍｏｄｅｓｏｆｏｒｂｉｔｉｎｇｓｃｒｏｌｌｄｉｓｃ（ｍｍ）兩條路徑上的響應(yīng)規(guī)律與具有相同基圓半徑（Ｒ＝２．８８５ｍｍ）和最終展角（θ＝５．５π）的等截面渦旋盤(pán)（見(jiàn)圖３）在相同載荷下的諧響應(yīng)結(jié)果進(jìn)行比較來(lái)說(shuō)明變截面渦旋齒在動(dòng)力學(xué)方面的優(yōu)越性．圖３等截面渦旋盤(pán)模型Ｆｉｇ．３Ｍｏｄｅｌｏｆｓｃｒｏｌｌｄｉｓｃｗｉｔｈｎｏｎ－ｖａｒｉａｎｔｃｒｏｓｓ－ｓｅｃｔｉｏｎ按所選擇的計(jì)算工況進(jìn)行載荷施加．圖４為等、變截面渦旋齒在路徑１的變形圖（齒在軸向類似于懸臂梁，齒頂端變形最大，故在此只考慮路徑１）．由圖中可以看出，隨著壓力從吸氣腔到壓縮腔再到排圖４等、變截面渦旋齒在路徑１的變形Ｆｉｇ．４Ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｓｃｒｏｌｌｐｒｏｆｉｌｅｓｗｉｔｈｖａｒｉａｎｔａｎｄｎｏｎ－ｖａｒｉａｎｔｃｒｏｓｓ－ｓｅｃｔｉｏｎｏｎｐａｔｈ１氣腔的逐漸增大，渦旋齒的變形也隨著增大，其中渦旋齒外圈的變形很小，而在排氣腔齒的變形趨勢(shì)急速增大；在兩種不同載荷相鄰處，渦旋齒對(duì)應(yīng)部位也有較大變形，但這與齒頭部分相比較還是很小．在相同工況下的等截面渦旋齒的變形明顯大于變截面，且最大變形達(dá)到０．１２６７ｍｍ，比變截面峰值大６３％，模擬結(jié)果與理論分析結(jié)果吻合．因此設(shè)計(jì)合理的渦旋齒的齒頭部分修正型線就顯得尤為重要，既要加強(qiáng)齒頭部分的剛度和強(qiáng)度，又要盡可能地增大容積效率．從圖５ａ等、變截面渦旋齒在路徑１上應(yīng)力隨頻率變化的響

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