CN110030191B - 一种涡旋式压缩机涡旋型线齿头结构及其修正方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种涡旋式压缩机涡旋型线齿头结构,在静涡盘和动涡盘排气,吸气腔关闭的过程中,第一中心头部段与第二中心内圆弧段之间形成第一间隙,所述第二中心头部段与第一中心内圆弧段之间形成第二间隙,吸气腔和中压腔之间的静涡盘的涡旋齿与动涡盘的涡旋齿啮合;在静涡盘和动涡盘吸气压缩,吸气腔逐渐打开的过程中,吸气腔与中压腔、以及中压腔与排气腔之间的静涡盘的涡旋齿与动涡盘的涡旋齿均啮合。本发明还提供一种涡旋式压缩机涡旋型线齿头结构的修正方法。本发明在齿头部采用渐变间隙啮合,使得压缩腔和排气孔连通时,两者的压力相近或者相同,压缩过程可以实现平稳过度,减小因压力突变而造成的机械噪音和电磁噪音,提升了能效比。
Description
技术领域
本发明涉及涡旋式压缩机领域,具体地,涉及一种涡旋式压缩机涡旋型线齿头结构及其修正方法。
背景技术
现行的乘用车用电动空调压缩机是把涡旋型线参数相同、相位差180°、基圆中心相距R的动涡盘(涡旋压缩机结构中随主轴旋转平动的涡线结构)与静涡盘(与动涡盘配合工作的不动结构)组装,形成数对封闭的月牙形容积腔;随着动涡盘绕主轴的中心轴线以旋转半径R做无自转的回转平动,这些封闭的月牙形容积腔相应的变小,由此实现气体的吸入、压缩、排气。在实际的的空调系统中,随着环境温度的变换,压缩机的排气压力往往是一个变值,因压缩腔的压力不等于排气腔的压力,故当排气孔和压缩腔连通时,会出现较大的压力波动,又因现行的动、静涡盘的型线是完全啮合的,该波动就会以机械噪音、振动等形式表现出来。
申请号为CN201710818802.7的发明涉及一种涡旋压缩机。该涡旋压缩机包括静涡盘和动涡盘,静涡盘包括第一中心头部段和第一中心内圆弧段,动涡盘包括第二中心头部段和第二中心内圆弧段;在吸气腔逐渐打开的过程中,中压腔和吸气腔之间的静涡盘的涡旋齿和动涡盘的涡旋齿形成间隙,排气腔和中压腔之间的静涡盘的涡旋齿和动涡盘的涡旋齿啮合;在吸气腔逐渐关闭的过程中,第一中心头部段与第二中心内圆弧段之间形成间隙,第二中心头部段与第一中心内圆弧段之间形成间隙,吸气腔和中压腔之间的静涡盘的涡旋齿和动涡盘的涡旋齿啮合。其还涉及一种涡旋压缩机的涡旋齿型线的修正方法。该专利在吸气腔逐渐打开的过程中,中压腔和吸气腔之间的静涡盘的涡旋齿和动涡盘的涡旋齿存在间隙,使得压缩机在工作过程中将存在严重的泄漏,且该泄漏为外泄露(中压腔和吸气腔贯通,且间隙最大为0.2mm),这样就造成压缩机的能耗大幅增加,进而造成系统能效比大幅下降,违背了设计开发的初衷。而且在修正方法中,该专利只提到使型线内缩进预设值,未指明具体的方法以来实现这个预设值,仅仅提出一个概念,且提到的概念很大程度上增加了零部件检测的难度,增加零件的制作难度,违背了设计开发初衷(该发明初衷是降低零件的制作难度)。
目前因双圆弧修正涡旋齿头方法(PMP)设计简单、加工方便、热动力特性良好等优点,该修正形式成为现行涡旋齿头(啮合型线的起始部分)修正的主要修正形式,但无论是PMP修正齿头还是PMP加直线修正齿头,在工作过程中,均是完全啮合。
发明内容
针对现有技术中的缺陷,本发明的目的是提供一种涡旋式压缩机涡旋型线齿头结构及其修正方法,本发明在齿头部采用渐变间隙啮合,使得压缩腔和排气孔连通时,两者的压力相近或者相同,压缩过程可以实现平稳过度,减小因压力突变而造成的机械噪音和电磁噪音,同时可以增大排气孔径,减少排气压力损失,提升能效比。
根据本发明的一个方面,提供一种涡旋式压缩机涡旋型线齿头结构,包括静涡盘与动涡盘,所述静涡盘与动涡盘具有相同的结构和涡旋齿型线,所述静涡盘与动涡盘相向设置,动涡盘的涡旋齿和静涡盘的涡旋齿从尾部至头部方向配合形成吸气腔、中压腔和排气腔;所述静涡盘的涡旋齿型线包括第一中心头部段和第一中心内圆弧段,所述第一中心头部段和第一中心内圆弧段均靠近所述静涡盘的齿头部;所述动涡盘的涡旋齿型线包括第二中心头部段和第二中心内圆弧段,所述第二中心头部段和第二中心内圆弧段均靠近所述动涡盘的齿头部;
在静涡盘和动涡盘排气,吸气腔关闭的过程中,所述第一中心头部段与第二中心内圆弧段之间形成第一间隙,所述第二中心头部段与第一中心内圆弧段之间形成第二间隙,所述吸气腔和中压腔之间的静涡盘的涡旋齿与动涡盘的涡旋齿啮合形成封闭的月牙形容积腔;
在静涡盘和动涡盘吸气压缩,吸气腔逐渐打开的过程中,所述吸气腔与中压腔、以及中压腔与排气腔之间的静涡盘的涡旋齿与动涡盘的涡旋齿均啮合形成封闭的月牙形容积腔。即在吸气腔逐渐打开的过程中,静涡盘和动涡盘相对啮合过程中,不仅中压腔与排气腔之间的静涡盘的涡旋齿与动涡盘的涡旋齿是啮合的,而且吸气腔和中压腔之间的静涡盘的涡旋齿和动涡盘的涡旋齿也是完全啮合的(理论上是零间隙啮合),使得有效避免了不必要的内泄露或外泄露,降低了压缩机的能耗。随着现行加工设备能力的提升,已经能很好的满足吸气和压缩过程中动静涡盘的涡旋齿型线的良好啮合,实现零间隙啮合,且因压缩机结构上已经考虑了工作异常的避让机构,故可以忽略加工中造成的异常凸点,吸气腔和中压腔之间的静涡盘的涡旋齿和动涡盘的涡旋齿能实现完全啮合,其有助于提升系统的能效比。
优选的,所述第一间隙与所述第二间隙在静涡盘和动涡盘排气过程中间隙逐渐变大。因齿头段的曲率半径较小,加工设备实现精度难度大,在齿头部采用逐渐变大的间隙啮合,既可以降低齿头的加工难度,又使吸气压缩和排气两个过程实现由小到大的内泄露(内泄露相对于外泄露,内泄露对系统的能效影响较小),使吸气压缩和排气过程能平稳过度,进而适用不同的工作工况(工况影响排气压力,设计排气压力大于或小于实际排气压力均会造成排气过程的压力脉动)。
优选的,所述第一间隙的尺寸由0mm逐渐变大为0.274mm,第二间隙的尺寸由0mm渐变为0.274mm,第一间隙和第二间隙的最大间隙尺寸均为0.274mm。
优选的,所述第一间隙的尺寸与所述第二间隙的尺寸相等,第一间隙的尺寸与所述第二间隙的尺寸在间隙逐渐变大的运动过程中一直相等。
为实现上述目的,本发明还提供了一种涡旋式压缩机涡旋型线齿头结构的修正方法,包括以下步骤:
步骤一,使用solidworks软件的草图功能,输入渐开线轮廓曲线公式,公式如下:
内圈
外圈
其中,所述α为基圆半径、β为初始展角、φ为展角变量;
步骤二,输入α、β和φ的值;
步骤三,采用双圆弧修正涡旋齿头方法修正静涡盘的涡旋齿型线,得到修正曲线AFB;
步骤四,继续修正,做渐变间隙齿头曲线AF1B,即得到修正后的静涡盘的涡旋齿型线;
步骤五,将修正后的静涡盘的涡旋齿型线旋转180°,即得到修正后的动涡盘的涡旋齿型线;
步骤六,将修正后的静涡盘的涡旋齿型线和修正后的动涡盘的涡旋齿型线相向设置,即可得到具有渐变间隙啮合的齿头结构。
优选的,所述修正曲线AFB的修正步骤包括:
步骤一,取基圆上D、C两点连线过圆心O,修正角为65°;
步骤二,分别做直线BD相切基圆于D点、相交静涡盘的涡旋齿型线的渐开线外圈于B点,做直线AC相切基圆于C点、相交静涡盘的涡旋齿型线的渐开线外圈于A点;
步骤三,分别在直线BD、AC上取点O1、O2,连接O1、O2点做直线过O点;
步骤四,分别以O1、O2为圆心,O1B、O2A为半径绘制圆,并使两圆相切于F点;
步骤五,修剪干扰线条,即可得到修正曲线AFB,此时的齿头部还处于完全啮合状态。
优选的,所述曲线AF1B的修正步骤包括:
步骤一,做直线O22O11平行于直线O1O2,分别交于直线AC于O22、交于直线DB于O11,且点O22、O11分别介于O2C、O1B之间,直线O22O11与直线O1O2相距△L;
步骤二,分别以O22、O11为圆心,O22A、O11B为半径画圆,两圆相切于点F1,即得到渐变间隙齿头曲线AF1B。
优选的,所述△L值等于0.05mm。所述△L值是通过进行多次缝隙流量实验计算得到,0.05mm为最佳值,此时所得出的渐变间隙啮合轮廓,具有最佳的平稳排气,以及良好的能效比,流体噪音也较低。
与现有技术相比,本发明具有如下的有益效果:
(1)本发明所涉及的涡旋式压缩机涡旋型线齿头结构及其修正方法,排气腔和压缩腔在排气时出现间隙,形成内泄漏,可均衡排气腔和压缩腔的压力,使排气过程更加平稳,减小因压力突变而造成的机械噪音和电磁噪音等情况的发生,提升了能效比;
(2)本发明所涉及的涡旋式压缩机涡旋型线齿头结构及其修正方法,齿头修正方式可以增大排气孔径,减少排气压力损失,提升能效比;
(3)本发明所涉及的涡旋式压缩机涡旋型线齿头结构及其修正方法,使原本排气腔的接触啮合在排气过程中变为间隙逐渐变大的间隙啮合,增加了涡旋压缩机的使用寿命;
(4)本发明所涉及的涡旋式压缩机涡旋型线齿头结构及其修正方法,压缩机工作过程中,从吸气到压缩过程吸气腔和中压腔之间的静涡盘的涡旋齿与动涡盘的涡旋齿均是完全啮合,吸气腔和中压腔之间零间隙,避免或减小了外泄漏的发生;
(5)本发明所涉及的涡旋式压缩机涡旋型线齿头结构及其修正方法,齿头部采用逐渐变大的间隙啮合,既可以降低齿头的加工难度,又使压缩机在吸气压缩和排气两个过程形成由小到大的内泄露,使吸气压缩和排气过程能平稳过度,进而适用不同的工作工况;
(6)本发明所涉及的涡旋式压缩机涡旋型线齿头结构及其修正方法,明确提出了实现渐变间隙的方法,且该方法可行,便于实现,更具有实用性;
(7)本发明所涉及的涡旋式压缩机涡旋型线齿头结构及其修正方法,结构简单、设计巧妙、效果显著,易于加工与装配,实用性强,适合大范围推广。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述,本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
图1为排气腔和压缩腔开始有间隙出现内泄漏时静涡盘和动涡盘的结构示意图;
图2为间隙变大吸气腔关闭时静涡盘和动涡盘的结构示意图;
图3为间隙最大吸气腔开始打开时静涡盘和动涡盘的结构示意图;
图4为图2齿头部结构的局部放大示意图;
图5为采用双圆弧修正涡旋齿头方法修正静涡盘的涡旋齿型线得到的修正曲线AFB;
图6为继续修正曲线AFB得到的渐变间隙齿头曲线AF1B。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明,但不以任何形式限制本发明。应当指出的是,对本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例
本实施例提供一种涡旋式压缩机涡旋型线齿头结构,其结构详见附图1-4所示:包括静涡盘1与动涡盘2,所述静涡盘1与动涡盘2具有相同的结构和涡旋齿型线,所述静涡盘1与动涡盘2相向设置,动涡盘2的涡旋齿和静涡盘1的涡旋齿从尾部至头部方向配合形成吸气腔3、中压腔4和排气腔5;所述静涡盘1的涡旋齿型线包括第一中心头部段MN和第一中心内圆弧段NL,所述第一中心头部段MN和第一中心内圆弧段NL均靠近所述静涡盘1的齿头部;所述动涡盘2的涡旋齿型线包括第二中心头部段M’N’和第二中心内圆弧段N’L’,所述第二中心头部段M’N’和第二中心内圆弧段N’L’均靠近所述动涡盘2的齿头部;
在静涡盘1和动涡盘2排气,吸气腔3关闭的过程中,所述第一中心头部段MN与第二中心内圆弧段N’L’之间形成第一间隙6,所述第二中心头部段M’N’与第一中心内圆弧段NL之间形成第二间隙7,所述吸气腔3和中压腔4之间的静涡盘1的涡旋齿与动涡盘2的涡旋齿啮合形成封闭的月牙形容积腔;排气腔和压缩腔出现间隙,形成内泄漏,均衡排气腔和压缩腔的压力;
在静涡盘1和动涡盘2吸气压缩,吸气腔3逐渐打开的过程中,所述吸气腔3与中压腔4、以及中压腔4与排气腔5之间的静涡盘1的涡旋齿与动涡盘2的涡旋齿均啮合形成封闭的月牙形容积腔。即在吸气腔逐渐打开的过程中,静涡盘和动涡盘相对啮合过程中,不仅中压腔与排气腔之间的静涡盘的涡旋齿与动涡盘的涡旋齿是啮合的,而且吸气腔和中压腔之间的静涡盘的涡旋齿和动涡盘的涡旋齿也是完全啮合的(理论上是零间隙啮合),使得有效避免了不必要的内泄露或外泄露,降低了压缩机的能耗。随着现行加工设备能力的提升,已经能很好的满足吸气和压缩过程中动静涡盘的涡旋齿型线的良好啮合,实现零间隙啮合,且因压缩机结构上已经考虑了工作异常的避让机构,故可以忽略加工中造成的异常凸点,使得吸气腔和中压腔之间的静涡盘的涡旋齿和动涡盘的涡旋齿能实现完全啮合,其有助于提升系统的能效比。
静涡盘和动涡盘在排气,吸气腔关闭的过程依次如图1、2、3所示,吸气腔3逐渐关闭,一次吸气结束,中压腔4压缩气体,排气腔5逐渐排气,在此过程中,所述第一中心头部段MN与第二中心内圆弧段N’L’之间由完全啮合零间隙(如图1所示)逐渐形成第一间隙6,而随着排气的进行,第一中心头部段MN沿着第二中心内圆弧段N’L’继续转动,第一间隙6逐渐变大(如图2和4所示),当排气结束时,第一中心头部段MN与第二中心内圆弧段N’L’之间的第一间隙6变成最大,为0.274mm(如图3所示);与之对应的,此时所述第二中心头部段M’N’与第一中心内圆弧段NL之间也由完全啮合零间隙(如图1所示)逐渐形成第二间隙7,而随着排气的进行,第二中心头部段M’N’沿着第一中心内圆弧段NL继续转动,第二间隙7逐渐变大(如图2和4所示),当排气结束时,第二中心头部段M’N’与第一中心内圆弧段NL之间第二间隙7变成最大,为0.274mm(如图3所示);且此时所述吸气腔3和中压腔4之间的静涡盘1的涡旋齿与动涡盘2的涡旋齿啮合形成封闭的月牙形容积腔。
而静涡盘和动涡盘在吸气压缩,吸气腔逐渐打开的过程则依次如图3、1所示,第二中心头部段M’N’从脱离第一中心内圆弧段NL的状态转动至第二中心头部段M’N’开始沿第一中心内圆弧段NL转动的过程中(同时第一中心头部段MN从脱离第二中心内圆弧段N’L’的状态转动至第一中心头部段MN开始沿第二中心内圆弧段N’L’转动的过程),吸气腔3打开进行吸气,中压腔4压缩气体,排气腔5逐渐结束上一次排气,又继续进行下一次排气,所述吸气腔3与中压腔4、以及中压腔4与排气腔5之间的静涡盘1的涡旋齿与动涡盘2的涡旋齿均啮合形成封闭的月牙形容积腔。
进一步的,所述第一间隙6与所述第二间隙7在静涡盘1和动涡盘2排气过程中间隙逐渐变大。因齿头段的曲率半径较小,加工设备实现精度难度大,在齿头部采用逐渐变大的间隙啮合,既可以降低齿头的加工难度,又使吸气压缩和排气两个过程实现由小到大的内泄露(内泄露相对于外泄露,内泄露对系统的能效影响较小),使吸气压缩和排气过程能平稳过度,进而适用不同的工作工况(工况影响排气压力,设计排气压力大于或小于实际排气压力均会造成排气过程的压力脉动)。
进一步的,所述第一间隙6的尺寸由0mm逐渐变大为0.274mm,第二间隙7的尺寸由0mm渐变为0.274mm,第一间隙和第二间隙的最大间隙尺寸均为0.274mm。
进一步的,所述第一间隙6的尺寸与所述第二间隙7的尺寸相等,第一间隙的尺寸与所述第二间隙的尺寸在间隙逐渐变大的运动过程中一直相等。
为实现上述目的,本实施例还提供了一种涡旋式压缩机涡旋型线齿头结构的修正方法,包括以下步骤:
步骤一,使用solidworks软件的草图功能,输入渐开线轮廓曲线公式,公式如下:
内圈
外圈
其中,所述α为基圆半径、β为初始展角、φ为展角变量;
步骤二,输入α、β和φ的值,如α输入2.5,β输入0.6;
步骤三,采用双圆弧修正涡旋齿头方法修正静涡盘1的涡旋齿型线,得到修正曲线AFB,如图5所示;
步骤四,继续修正,做渐变间隙齿头曲线AF1B,即得到修正后的静涡盘1的涡旋齿型线,如图6所示;
步骤五,将修正后的静涡盘1的涡旋齿型线旋转180°,即得到修正后的动涡盘2的涡旋齿型线;
步骤六,将修正后的静涡盘1的涡旋齿型线和修正后的动涡盘2的涡旋齿型线相向设置,即可得到具有渐变间隙啮合的齿头结构。
进一步的,所述修正曲线AFB的修正步骤包括:
步骤一,取基圆上D、C两点连线过圆心O,修正角为65°;
步骤二,分别做直线BD相切基圆于D点、相交静涡盘1的涡旋齿型线的渐开线外圈于B点,做直线AC相切基圆于C点、相交静涡盘1的涡旋齿型线的渐开线外圈于A点;
步骤三,分别在直线BD、AC上取点O1、O2,连接O1、O2点做直线过O点;
步骤四,分别以O1、O2为圆心,O1B、O2A为半径绘制圆,并使两圆相切于F点;
步骤五,修剪干扰线条,即可得到修正曲线AFB,此时的齿头部还处于完全啮合状态。
进一步的,所述曲线AF1B的修正步骤包括:
步骤一,做直线O22O11平行于直线O1O2,分别交于直线AC于O22、交于直线DB于O11,且点O22、O11分别介于O2C、O1B之间,直线O22O11与直线O1O2相距△L;
步骤二,分别以O22、O11为圆心,O22A、O11B为半径画圆,两圆相切于点F1,即得到渐变间隙齿头曲线AF1B。
进一步的,所述△L值等于0.05mm。所述△L值是通过进行多次缝隙流量实验计算得到,0.05mm为最佳值,此时所得出的渐变间隙啮合轮廓,具有最佳的平稳排气,以及良好的能效比,流体噪音也较低。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是,本发明并不局限于上述特定实施方式,本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改,这并不影响本发明的实质内容。
Claims (5)
1.一种涡旋式压缩机涡旋型线齿头结构,包括静涡盘与动涡盘,所述静涡盘与动涡盘具有相同的结构和涡旋齿型线,所述静涡盘与动涡盘相向设置,动涡盘的涡旋齿和静涡盘的涡旋齿从尾部至齿头方向配合形成吸气腔、中压腔和排气腔;其特征在于,所述静涡盘的涡旋齿型线包括第一中心头部段和第一中心内圆弧段,所述第一中心头部段和第一中心内圆弧段均靠近所述静涡盘的齿头部;所述动涡盘的涡旋齿型线包括第二中心头部段和第二中心内圆弧段,所述第二中心头部段和第二中心内圆弧段均靠近所述动涡盘的齿头部;
在静涡盘和动涡盘排气,吸气腔关闭的过程中,所述第一中心头部段与第二中心内圆弧段之间形成第一间隙,所述第二中心头部段与第一中心内圆弧段之间形成第二间隙,所述吸气腔和中压腔之间的静涡盘的涡旋齿与动涡盘的涡旋齿啮合形成封闭的月牙形容积腔;
在静涡盘和动涡盘吸气压缩,吸气腔逐渐打开的过程中,所述吸气腔与中压腔、以及中压腔与排气腔之间的静涡盘的涡旋齿与动涡盘的涡旋齿均啮合形成封闭的月牙形容积腔;
其中,所述第一间隙与所述第二间隙在静涡盘和动涡盘排气过程中间隙逐渐变大,所述第一间隙的尺寸由0mm逐渐变大为0.274mm,第二间隙的尺寸由0mm渐变为O.274mm;所述第一间隙的尺寸与所述第二间隙的尺寸相等。
2.如权利要求1所述的一种涡旋式压缩机涡旋型线齿头结构的修正方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一,使用solidworks软件的草图功能,输入渐开线轮廓曲线公式,公式如下:
内圈
外圈
其中,所述α为基圆半径、β为初始展角、φ为展角变量;
步骤二,输入α、β和φ的值;
步骤三,采用双圆弧修正涡旋齿头方法修正静涡盘的涡旋齿型线,得到修正曲线AFB;
步骤四,继续修正,做渐变间隙齿头曲线AF1B,即得到修正后的静涡盘的涡旋齿型线;
步骤五,将修正后的静涡盘的涡旋齿型线旋转180°,即得到修正后的动涡盘的涡旋齿型线;
步骤六,将修正后的静涡盘的涡旋齿型线和修正后的动涡盘的涡旋齿型线相向设置,即可得到具有渐变间隙啮合的齿头结构。
3.根据权利要求2所述的涡旋式压缩机涡旋型线齿头结构的修正方法,其特征在于,所述修正曲线AFB的修正步骤包括:
步骤一,取基圆上D、C两点连线过圆心0,修正角为65°;
步骤二,分别做直线BD相切基圆于D点、相交静涡盘的涡旋齿型线的渐开线外圈于B点,做直线AC相切基圆于C点、相交静涡盘的涡旋齿型线的渐开线外圈于A点;
步骤三,分别在直线BD、AC上取点O1、O2,连接O1、O2点做直线过0点;
步骤四,分别以O1、O2为圆心,O1B、O2A为半径绘制圆,并使两圆相切于F点;
步骤五,修剪干扰线条,即可得到修正曲线AFB。
4.根据权利要求3所述的涡旋式压缩机涡旋型线齿头结构的修正方法,其特征在于,所述曲线AF1B的修正步骤包括:
步骤一,做直线O22O11平行于直线O1O2,分别交于直线AC于O22、交于直线DB于O11,且点O22、O11分别介于O2C、O1B之间,直线O22O11与直线O1O2相距ΔL;
步骤二,分别以O22、O11为圆心,O22A、O11B为半径画圆,两圆相切于点F1,即得到渐变间隙齿头曲线AF1B。
5.根据权利要求4所述的涡旋式压缩机涡旋型线齿头结构的修正方法,其特征在于,所述ΔL值等于0.05mm。
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