渐开线转子型线的参数化与最优化研究

为实现罗茨泵渐开线转子副的造型参数化与尺寸最优化,基于渐开线的成形原理,从几何关系、理论型线、取值范围、实际型线和参数化模型等方面,给出实际型线的全参数化坐标方程与3D模型的构建方法;以节圆半径和形状系数为设计变量,转子副所占方体空间的最小体积为目标函数,构建优化模型和实例分析.结果表明,峰圆弧与谷圆弧仅为型线的过渡曲线,并不参与啮合运动;三维模型验证,均能实现零件与装配件的全参数化;容积利用系数的拟合精度高,4阶的多项式拟合能满足设计要求;实例参数下,105 mm节圆半径和1.367形状系数的优化结果,说明转子尺寸优选的必要性.     

基于Frenet标架的变截面涡旋压缩机型线的研究

针对传统变截面涡旋型线难以达到最佳压缩特性的问题,提出了一种基于Frenet标架的涡旋型线构建方法,利用该方法构建了由不同基圆半径的圆渐开线组合而成的变截面涡旋型线,并提出了该型线的基本几何关系,推导了工作腔容积计算公式,引入了行程容积、压缩比和面积利用系数三个性能指标对其性能进行评价.结果表明:新构建的变截面涡旋型线与传统的变截面涡旋型线相比,其行程容积、压缩比和面积利用系数分别提高了9.12%,16.44%和9.06%.     

基于Frenet标架的变截面涡旋型线构建与性能研究

在涡旋压缩机的型线设计中,针对传统等截面涡旋型线压缩比低、动静涡旋面积利用率不够充分等问题,提出一种新型的变截面涡旋型线.运用Frenet标架分段构建了由圆渐开线和三次曲线组合而成的涡旋型线并建立了该型线的基本几何理论.引入行程容积、压缩比、面积利用系数、轴向气体力以及切向气体力对涡旋型线的性能进行评价.结果表明,与传统的由单一圆渐开线构成的等截面涡旋型线相比,新构建的变截面涡旋型线的几何性能显著提高,而动力性能的变化幅度较小;行程容积、压缩比和面积利用系数分别提高了8.80%、10.57%和8.84%.     

内啮合摆线转子压缩机齿型修正研究

为了解决内啮合摆线转子压缩机的型线在修正前存在余隙容积大、无法铣削加工等问题，以内外转子的齿数比为6：7为例，采用共轭啮合的基本原理，首先讨论了可与内转子完美啮合的外转子极限完美型线修正方法，该方法可得到最小的余隙容积，虽然实用化较为困难，但可作为其他修正方法的判定界线．进而提出了一种较简单并可实用化的圆弧型线修正方法，该方法也可减小余隙容积，同时可用普通的铣削方法加工，能够大大降低加工的难度和成本．这些修正方法的研究可为内啮合摆线转子的实际应用打下理论基础．     

罗茨鼓风机圆弧型转子型线方程

就具体的罗茨鼓风机设计论述了利用几何方法建立圆弧型转子型线方程的方法 ,并绘制出型线图形 .实践结果表明 ,根据转子型线方程 ,采用数控机床加工出的转子型面 ,完全符合设计要求 .     

凸轮泵转子型线优化设计及模拟计算

针对渐开线转子型线进行优化设计,在转子型线为渐开线-圆弧的基础上,引入一段高阶曲线,衔接渐开线与圆弧之间的过渡曲线,有效的消除曲线连接处所形成的"尖点"现象.通过对高阶曲线的边界限制和计算机软件的实施得出高阶曲线的方程,并根据几何方法及渐开线的性质从而得到整个转子型线的参数方程,并建立其三维模型.采用动网格技术对凸轮泵三维模型数值模拟计算,结果表明:优化后的模型出口处的"脉动"现象有很大的改善,有效的降低了工作噪音.随着转速的提升,介质在出口处的平均速度也随之升高.通过对比流场的模拟计算和实验结果,验证了模拟计算方法的可行性.     

一种新型涡旋型线的几何理论研究

提出了一种新的组合型线，由大圆弧、小圆弧和直线交替构成，称为双圆弧加直线单元组合型线，简称AAL型线，并建立了该型线的基本几何理论，推导了工作腔容积．分析结果表明：该型线与渐开线相比具有较大的有效容积比和较小的内容积比，吸气增压效果明显，使得压缩过程趋于平缓，有利于减缓气体力对主铀的冲击；设计加工也较方便，在相同的排气量下具有较小的外径尺寸．可见，采用AAL型线有助于进一步提高涡旋压缩机的性能．     

涡旋型线对涡旋式压缩机性能的影响

研究了吸气压力、压力比、涡旋高度与厚度、吸气容积不变时，由圆弧、直线、正四边形渐开线构成的几种涡旋型线对涡旋式压缩机的几何尺寸、泄漏线长度的影响，以及这些影响随吸气容积改变的趋势     

采用对称圆渐近开线加直线修正涡圈始端型线的研究

为了提高涡旋机械的整体性能,采用对称圆渐开线加直线的方法对涡圈始端型线进行了修正,建立了对称圆渐开线加直线修正的几何理论,推导了啮合阶段的排气腔容积的计算公式,研究结果表明：涡圈始端采用对称圆渐开线加直线修正时,动、静盘涡圈仍能保证正确地啮合;涡圈始端对称圆弧修正是对称圆弧加直线修正的特例,而对称圆弧加直线修正又是对称圆渐开线加直线修正的特例。     

一种新型全平衡高强度转子式压缩机的几何关系

探讨了一种新型内、外转子啮合的压缩机结构,以短幅外摆线的内等距线为内转子型线进行了典型分析,说明内、外转子型线的形成,并提出了一种工作容积的准确计算方法,分析结果表明：内、外转子型线互为共轭曲线;外转子圆弧齿的啮合是在一定范围内进行的。工作容积的计算结果表明：当齿数比为6：7时,工作腔容积随主轴转角的关系7π/3为周期变化。最后,还对这种新型压缩机与滚动活塞压缩机的空间利用率进行了比较,结果表明两者基本相当。这些结果为进一步研究这处结构压缩机的相关质打出了基础。     

一种新型螺杆式真空泵等螺距内凹转子型线

通过分析现有特殊爪型转子型线与单头螺杆内凹转子型线的构成特点,设计出了一种新型螺杆式真空泵等螺距内凹爪型转子型线。这种转子由两对称的叶片组成,每个叶片型线有七段曲线组成。通过数学推导得到了该型线完整的端面方程,导出了该型线的面积利用系数和抽速的公式,为进一步的研究奠定了理论基础。根据这种型线的特点可知新型等螺距内凹转子型线具有较好的动平衡性。最后利用Solidworks软件绘制出了这种转子的三维实体模型,通过模拟啮合验证了端面型线的正确性。     

基于Solidworks的单头单螺杆泵参数化建模及运动仿真

根据单头单螺杆泵转子和定子型面的成型机理,利用三维建模软件solid Works建立了螺杆泵转子和定子的实体模型.通过对SolidWorks软件进行二次开发,实现了转子和定子模型的参数化.利用运动学分析软件COSMOSMotion对转子和定子进行了运动学仿真和分析,结果表明,①转子外型面上的点的运动轨迹为椭圆,不同的点所形成的椭圆大小及位置不同;②转子外型面上点的速度和加速度曲线为周期性简谐曲线,在定子型线直线段中点处,速度最大,加速度最小;在定子型线圆弧部分顶点处,速度最小,加速度最大.     

等β角对称圆弧型线的涡旋压缩机几何模型

针对基于等β角对称圆弧型线的涡旋压缩机建立了通用的几何模型，推导出了修正部分的工作腔容积、吸气孔口面积、泄漏线长度和工作腔换热面积随转角变化的计算公式，并假定修正部分的泄漏线为渐开线，起始展开角为涡旋线的起始展开角．通过解析几何的方法求取排气孔口和轴向力作用面积的各个顶点坐标，并沿其边界积分，从而精确地计算出它们的面积．所建立的通用几何模型可直接用于涡旋压缩机热力和动力模型的计算，为优化设计奠定了基础，运用通用几何模型对一台样机进行热力和动力计算，得到了合理的计算结果．     

旋叶式压缩机的气缸型线研究

根据旋叶式压缩机的工作原理，提出了气缸型线设计的基本原则。通过泄漏分析，设计出由密封圆弧、过渡曲线、主曲线所组成的气缸型线并推导出各段型线的通用方程。压缩机的吸气容积、内容积比等与主曲线的函数形式相关。以抛物线、椭圆、三次曲线以及三角函数为例的研究表明，三次曲线构成的气缸型线具有最大的吸气容积而内容积比最小，适用于大排气量低压比的机器；椭圆型线的吸气容积最小而内容积比最大，适用于小气量高压比的机器；三角函数型线介于两者之间；抛物线不适宜作为气缸型线。型线的最小曲率半径一般出现在过渡曲线段的拐点上，可通过改变曲线形式及扩大过渡曲线范围得到理想的最小曲率半径值，以利于机器的加工。     

圆弧齿轮制造工艺探讨

圆弧齿轮较渐开线齿轮有较多的优越性,现在已经被很多行业广泛应用.我公司在过去制造"67"型圆弧齿轮过程中,已经形成了自己的工艺方法和特点,不论是凸齿还是凹齿,我们的制造要点是(1)严格控制齿坯外径尺寸精度和位置精度;(2)模数m≤12的齿轮用同模数圆弧滚刀加工;模数m>2的齿轮,粗切齿时选择渐开线齿轮滚刀可以提高加工效率;(3)控制好粗切深度,要留有充分的精切余量,然后再使用圆弧滚刀精切,可以提高刀具使用寿命.圆弧齿轮技术测量用公法线法比较准确可靠.     

双渐开线齿轮最小齿数的研究

从端截面开发研究双渐开线齿轮不产生根切的极限齿数,指出在界点切齿啮合时,啮合线并不通过刀尖椭圆中心,进而导出不产生根切的最小齿数计算式,并把齿顶变尖问题与不产生根切的极限齿数结合在一起进行研究,展现了双渐开线齿轮的优越性。     

DP780高强钢板的弯曲凹模圆角曲形优化

针对冲压成形过程中模具磨损及零件表面黏模等问题,以DP780高强度钢板U型弯曲成形为例,采用有限元数值模拟及工艺试验相结合的方法,对弯曲成形模具凹模圆角区域进行磨损区域预测及凹模圆角优化设计。研究结果表明:基于FEM-Archard磨损模型预测的弯曲成形黏模区域与试验结果相吻合;凹模圆角和形状对模具圆角表面磨损深度影响很大,凹模圆角半径越大,磨损深度越小;偏差-椭圆弧比标准圆弧、椭圆弧具有更好的抗成形黏模性能。     

燃料电池气体循环泵多叶转子腔内部气动性能数值研究

为了研究转子间隙、转子叶数与凸轮式气体循环泵气动特性曲线之间的定量关系,并获得不同叶数转子径向激励力的分布规律,基于对称性原理,采用数学分析法和坐标变换法推导了3～6叶的圆弧渐开线圆弧型转子型线方程,并分别选择5种不同的转子间隙加以研究。基于动网格技术和RNGk-ε湍流模型,对不同间隙、不同叶数的转子进行三维非定常数值分析,揭示转子间隙、叶数对气体循环泵流量/压力特性、激励力的影响规律,并通过实验进行了验证。研究表明:随着转子间隙由0.1mm增大到0.3mm,不同叶数的转子出口平均流量、容积效率均呈下降趋势,且3叶转子的下降幅度最大,分别下降了0.009 4kg·s~(-1)、28.6%;3叶、4叶转子在0.15mm间隙时流量脉动强度相对最低,5叶、6叶转子在0.25mm间隙时流量脉动强度相对最低;泵出口平均流量、出口平均总压均与转子叶数呈反比关系,随着叶数的增加,转子腔内压力分布得到改善,内部增压过程更为稳定;随着叶数增多,转子径向激励力的x轴分量Fx的脉动幅值和脉动强度显著降低,但叶数对转子径向激励力的y轴分量Fy的影响不显著。     

基于媒介齿条的渐开线圆柱蜗杆斜齿轮传动啮合特性分析

为了分析渐开线圆柱蜗杆斜齿轮传动的宏微观啮合特性,依据微分几何和啮合原理,基于卡姆士定理和媒介齿条的传动性能分析方法,构建渐开线圆柱蜗杆与媒介齿条、媒介齿条与渐开线斜齿轮的啮合关系,分析共轭齿面在接触点微观邻域内的曲面特征,推导并建立传动副瞬时理论接触点、实际接触椭圆、最大接触应力及重合度等宏微观啮合特性分析模型,并对某汽车座椅水平调节器上的渐开线圆柱蜗杆斜齿轮传动副进行宏微观啮合特性分析。研究结果表明:渐开线圆柱蜗杆斜齿轮传动副为瞬时理论点接触,齿面变形实际呈椭圆接触,接触轨迹分布于轮齿中部,接触椭圆的长半轴沿接触轨迹垂直方向,接触应力较大、重合度较小且与齿轮传动相近,适用于轻载场合。     

基于正弦齿条的齿轮及其齿廓曲线

提出一种以正弦曲线为生成齿条的齿廓曲线生成的新型齿轮.与渐开线齿轮的生成齿条不同,正弦齿条的设计压力角与轮齿高度、厚度之间具有一定的关系.设计压力角增大,则轮齿高度减小、厚度增大.通过齿廓图形仿真发现,正弦齿条生成的齿轮发生根切的倾向明显小于渐开线齿轮.所生成齿轮的齿廓与双圆弧齿轮相似,因而接触强度和弯曲强度要高于渐开线齿轮.文中给出了正弦齿廓在椭圆传动中的应用,并附加相同设计参数的渐开线齿轮传动情形以作对照.