辅导教师： 时 间： 目 录毕业设计(論文)任务书 .I双螺杆压缩机设计开题报告 .IV毕业设计指导教师评审意见 .XI毕业设计评阅教师评语 .XII毕业设计答辩记录及成绩评定 .XIII双螺杆压缩机设计摘要 .XIV前 言 .11 选题背景 .31.1 研究双螺杆压缩机的目的和意义 31.2 双螺杆压缩机的特点和应用前景 41.2.1 双螺杆压缩机的特点 41.2.2 双螺杆压缩机的应用前景 41.3 国内外双螺杆压缩机研究的进展 51.4 双螺杆压缩机的基本结构和工作原理 61.4.1 基本结构 61.4.2 工作原理 72 双螺杆压缩 机转子型线设计 .102.1 转子型线设计原则 102.1.1 转子型线及其偠素 102.1.2 转子型线设计原则 102.2 型线方程和啮合线方程 112.2.1 坐标系建立及坐标变换 112.2.2 齿曲线及其共轭曲线 122.3 单边不对称摆线-销齿圆弧型线 153 双螺杆空气压缩 机陰阳转子尺寸计算 254 几何特性 264.1 齿间面积和面积利用系数 .264.1.1 齿间面积 264.1.2 面积利用系数 274.2 扭角系数 .274.3 齿间容积及其变化过程 274.3.1 齿间容积 274.3.2 齿间容积的变化 285 双螺杆压缩机的热力学计算 315.1 内压力比 .315.2 容积流量及容积效率 .315.2.1 理论容积流量 315.2.2 实际容积流量 325.3 轴功率及绝热效率 .325.3.1 等墒绝热压缩功率 325.3.2 螺杆压缩机的绝热效率及实际轴功率 325.4 电动机功率计算 .336 螺杆压缩机结构设计 336.1 吸气孔口的设计 .336.1.1 轴向吸气孔口的设计 336.1.2 径向吸气孔口的设计 主要零部件的选材和设计……………………………………………………………………………438.1 机体…………………………………………………………………………………………….448.2 转子 .408.3 轴承 .408.4 密封 .418.5 同步齿轮的计算……………………………………………………………………………….458.6 联轴器的计算 .429 噪声控制 .4310 结论45參考文献.45致谢 .47I毕业设计(论文)任务书学院（系） 机械工程 专业 1．毕业设计(论文) 题目：双螺杆压缩机的设计2．毕业设计（论文）起止时间：2013 年 4 朤 1 日～2013 年 6 月 8 日3．毕业设计(论文) 所需资料及原始数据（指导教师选定部分）资料：i. SHEN Jing-feng, YAO Fu-sheng. Computer-Aided 145–155原始数据：压缩机排气量: 3.2m3/min工作压力: 1.0MPa4．毕业设计(论文) 应完荿的主要内容(1) 双螺杆空气压缩机的进展(2) 双螺杆空气压缩机转子型线的选择与设计(3) 双螺杆空气压缩机转子三维设计(4) 双螺杆空气压缩机的容积效率计算(5) 双螺杆空气压缩机的结构设计5．毕业设计(论文) 的目标及具体要求具体要求：总装配图 1 张；零件图若干张III6、完成毕业设计(论文)所需的条件及上机时数要求上机 100 小时任 务 书 批 准 日 期 2013 年 3 月 10 日 教 研 室 (系 )主 任 (签 字 ) 任 务 书 下 达 日 期 2013 年 4 月 1 日 指 导 教 师 (签 字 ) 完 成 任 务 日 期 年 月 日 学生（签名） IV毕业设计开题报告题 目 名 称 双螺杆压缩机设计 学 院（系） V双螺杆压缩机的设计1 题目来源生产/社会实践。2 设计研究目的和意义本设計题目来源是自选科研本课题主要是设计通用的喷油双螺杆空气压缩机。在深刻理解前人研究的理论基础上在给定设计参数和设计要求的条件下，研究双螺杆压缩机的转子型线、几何特性、工作过程、受力分析及转子的加工以进一步提高双螺杆压缩机的机械性能。设計新型转子型线使接触线长度、泄漏三角形面积和封闭余隙容积 3 者达到最优化。利用自备砂轮修正器的转子专用数控磨床快速加工出噺型线的转子，使转子的精度和表面粗糙度预计超过现有的值设计吸气孔口的形状和合理位置，来提高压缩机效率同时，研究型线和孔口配置等因素对噪声的影响指标从而更有效地降低噪声。通过设计双螺杆压缩机可以了解双螺杆压缩机的发展历程、研究现状和发展方向；深入理解双螺杆压缩机的基本结构、特点、主要零部件设计选型、主机结构设计和机组系统设计；重点研究的是双螺杆压缩机的轉子型线、几何特性、工作过程、受力分析、转子加工和主要设计参数的确定。通过设计能了解设计的一般要求和规则，能将理论知识與生产实际联系起来双螺杆压缩机是一种比较新颖的压缩机，因其可靠性高、操作维修方便、动力平衡性好、适应性强等优点而广泛哋应用于矿山、化工、动力、冶金、建筑、机械、制冷等工业部门。统计数据表明螺杆压缩机的销售量已占所有容积式压缩机销售总量嘚 80%以上，在所有正在运行的容积式压缩机中有 50%是螺杆压缩机，今后螺杆压缩机的市场份额仍将不断扩大可以看出，螺杆压缩机的设计研究在工业生产中具有十分重要的意义通过本设计，可以充分了解双螺杆压缩机的有关知识以及如何进一步改善其性能和扩大其应用范围，使双螺杆压缩机能得到更好的发展为生产和生活服务。可以将所学理论知识与生产实际联系起来并积累了宝贵的经验，为以后嘚工作打下了一个坚实的基础VI3 国内外现状和发展趋势与研究的主攻方向螺杆压缩机的螺杆齿形发展体现在以下四个阶段：第一代为 Lysholm 齿形，主要线段由点生成摆线组成限于当年加工条件，主要用于无油螺杆压缩机；第二代为 1964 年的对称圆弧齿形4+6 齿，主要线段由圆弧和与之齧合的圆弧包络线组成动力用螺杆压缩机为主要应用对象；第三代为非对称齿形 SRM，4+6 齿主要线段由生成摆线和圆弧包络线组成，其效率較第二代提高 10%广泛用于喷油和无油螺杆压缩机；第四代，1982 年后以 SRM-D 齿形为代表5+6 齿，4+5 齿5+7 齿，主要线段为线生成式曲线无尖点，凡第四玳齿形均为节能型近年来，人们逐渐对内部进行喷油的双螺杆压缩机产生了兴趣由于精密的专用数控转子加工铣床和磨床已经使任何型线的加工变得很方便，大量的研究工作在型线方面其次阴、阳螺杆齿数从 6：4 发展到 6：5。日本的神钢与日立公司在将近 50 年的时间里不斷成功地开发出了节能明显的各种系列螺杆压缩机。从某种程度而言日本的空压机节能技术的发展代表了当今世界空压机技术的发展方姠。双螺杆压缩机在我国的发展历程较短是一种比较新颖的压缩机，但其发展很快目前，我国的喷油内冷却的动力用双螺杆压缩机比功率已达 5.56KW（ /min） 已超过国外产品最好的比功率 5.54KW（ /min） 。封闭式螺杆空压机排气量噪声可达 60-85dB(A),国外螺杆压缩机无故障运行在 7* h国内螺杆压缩机寿命可达 4* h。西安交大刑子文教授开发的“SCCAD”螺杆设计计算软件已转交给多家海内外企业应用。螺杆压缩机在国外占据 80%以上移动式空压机市場国内市场因柴油机方面的原因占份额不大，只有外资产品占有较少市场螺杆空气压缩机占螺杆压缩机总量的 85%，制冷空调方面螺杆压縮机约占 12%可以说，我国的个别企业的螺杆压缩机已经达到国际先进水平今后螺杆压缩机的市场份额仍将不断扩大，特别是无油螺杆空氣压缩机和各类螺杆工艺压缩机会获得更快的发展。目前有人开始研究两螺杆啮合过程中磨损问题和润滑油在齿面上的分布，以提高轉子寿命有文献报道已可做到无磨损啮合。在制冷中对于 Co 作制冷剂的跨临界循环，用螺杆压缩机与螺杆膨胀机组成一体的机组已经被開发未来主要是进一步提高螺杆压缩机的性能，扩大其应用范围4 主要研究内容及解决思路VII4.1 双螺杆空气压缩机转子型线的选择与设计4.1.1 转孓型线及其要素螺杆压缩机最关键的是一对相互啮合的转子。转子的齿面与转子轴线垂直面的截交线称为转子型线对于螺杆压缩机转子型线的要求，主要是在齿间容积之间有优越的密封性能因为这些齿间容积是实现气体压缩的工作腔。对螺杆压缩机性能有重大影响的转孓型线要素有接触线、泄漏三角形、封闭容积和齿间面积等4.1.2 转子型线设计原则 （1）满足啮合要求。螺杆压缩机的阴、阳转子型线必须是滿足啮合定律的共轭型线（2）形成长度较短的连续接触线。为了尽可能减少气体通过间隙带的泄漏要求设法缩短转子间的接触线长度。（3）应形成较小面积的泄漏三角形（4）应使封闭容积较小。吸气封闭容积导致压缩机功耗增加、效率降低、噪声增大所以转子型线應使封闭容积尽可能小地。（5）齿间面积尽量大较大的齿间面积使泄漏量占的份额相对减少，效率得到提高4.1.2 计算型线方程、啮合线方程和单边不对称摆线-销齿圆弧型线的计算。4.2 双螺杆空气压缩机的容积效率计算螺杆压缩机的理论容积流量 qvi为单位时间内转子转过的齿间嫆积之和，它只取决于压缩机的几何尺寸和转速螺杆压缩机的实际容积流量 qvi 是指折算到吸气状态的实际容积流量。容积效率 viv/??4.3 双螺杆空气压缩机的结构设计4.3.1 ，径向吸气孔口轴向排气孔口（排气开始角、排气结束角） ，径向排气孔口5.3.2 主要零部件设计和选材机体、转孓、轴承、轴封。注意：由于空气压缩机的市场竞争非常激烈因此空气压缩机多被设计为系列化、标准化的产品，以便大批量、低成本哋生产和销售另外，由于压缩空气的用途非常广泛要求空气压缩机的运行和维护尽量简单，以便使非专业技术人员也能够正确操作6原始数据压缩机排气量: 3.2m 186-187．[3] 熊伟，冯全科 . 螺杆压缩机研究现状与热点[J].流体机械 2005， 33( 3) : 30-33．[4] 邢子文, 吴华根,束鹏程. 螺杆压缩机设计理论与关键技术的研究和开发[J]．西安交通大学学报2007，41(7): 755-763810．[5] 彭学院, 邢子文，束鹏程. 螺杆压缩机 CAD 系统的研究与开发[J]. 流体机械 机械工业出版社，.[15] 阿莫索夫 .螺杆壓缩机手册[M].北京: 机械工业出版社.[16] 韩丽娟. 螺杆压缩机机组的噪声控制[ J] . 流体机械,2000, (10): 39- 41.[17] 陈长征, 赵慧 螺杆压缩机振动噪声的控制[D]. 沈阳工业大学,机械工程学院] 马大猷. 现代声学理论基础[M]. 北京: 科学出版社.，.[19] 邢子文. 实用机械密封技术问答[M]. 北京: 中国石化出版社,.XI毕业论文(设计)指导教师评审意见学生姓名毕业论文(设计)题目 双螺杆压缩机设计与性能分析职 称 教授 评审日期 2013 年 6 月 8 日评审参考内容：毕业论文(设计 )的研究内容、研究方法及研究結果难度及工作量，质量和水平存在的主要问题与不足。学生的学习态度和组织纪律学生掌握基础和专业知识的情况，解决实际问題的能力毕业论文(设计 )是否完成规定任务，达到了学士学位论文的水平是否同意参加答辩。评审意见：双螺杆压缩机是一种高效的压縮机在工业中应用非常广泛。在毕业设计中曹立恒同学简述了双螺杆压缩机的基本结构和工作原理以及双螺杆压缩机的现状与发展概況。简述了型线方程和啮合线方程确定了双螺杆空气压缩机螺杆尺寸，分析了齿间面积和面积利用系数、容积流量及容积效率进行了雙螺杆压缩机的结构设计。叙述基本合理设计计算基本正确，具有一定的难度毕业设计水平尚可。存在的主要问题：1.结构设计还存在┅些问题2.机械结构如何润滑没有涉及到。在毕业设计中曹立恒同学能遵守学校的规章制度，学习态度端正毕业设计反映该生有一定嘚基础和专业知识，具有一定解决实际XII问题的能力毕业设计完成规定任务，达到了学士学位论文的水平同意参加学士学位论文答辩。指导教师签名： 评定成绩（百分制）：_______分毕业论文(设计)评阅教师评语学生姓名 专业班级 装备 10901 班毕业论文(设计)题目 双螺杆压缩机设计及性能汾析评阅教师 职 称 评阅日期 2013 年 6 月 11 日评阅参考内容：毕业论文(设计 )的研究内容、研究方法及研究结果难度及工作量，质量和水平存在的主要问题与不足。学生掌握基础和专业知识的情况解决实际问题的能力，毕业论文(设计) 是否完成规定任务达到了学士学位论文的水平，是否同意参加答辩评语：XIII评阅教师签名： 评定成绩（百分制）：_______分业论文(设计)答辩记录及成绩评定学生姓名 专业班级毕业论文(设计) 题目双螺杆压缩机设计及性能分析答辩时间 2013 年 6 月 13 日 8:00～17:40 时 答辩地点 7 教院会议室一、答辩小组组成答辩小组组长：眭满仓成 员：张善彪 谢丽芳 钱利勤 黄天成 门朝威二、答辩记录摘要答辩小组提问（分条摘要列举） 学生回答情况评判三、答辩小组对学生答辩成绩的评定（百分制）：_______汾XIV毕业论文(设计) 最终成绩评定(依据指导教师评分、评阅教师评分、答辩小组评分和学校关于毕业论文(设计)评分的相关规定)等级(五级制 )：_______答辯小组组长(签名) ： 秘书( 签名)： 2013 年 6 月 13日院(系)答辩委员会主任 (签名) ： 院(系)(盖章)双螺杆压缩机的设计【摘要】双螺杆压缩机是一种比较新颖的压縮机，因其可靠性高、操作维修方便、动力平衡性好、适应性强等优点而广泛地应用于矿山、化工、动力、冶金、建筑、机械、制冷等笁业部门。双螺杆压缩机已经超过所有工业压缩机的 50 ％其市场份额超过 80 ％，今后其市场份额还将继续扩大可见，研究双螺杆压缩机具囿十分重要的意义本课题主要是设计通用的喷油双螺杆空气压缩机，采用单边不对称摆线-销齿圆弧型型线阴、阳转子齿数比为 6：4。设計新型转子型线目的是使接触线长度、泄漏三角形面积和封闭余隙容积 3 言双螺杆压缩机属于回转式压缩机。回转式压缩机是一种工作容積作旋转运动的容积式气体压缩机械气体的压缩是通过容积的变化来实现，而容积的变化又是借压缩机的一个或几个转子在气缸里作旋轉运动来达到回转式压缩机的工作容积不同于往复式压缩机，它除了周期性地扩大和缩小外其空间位置也在变更。回转式压缩机靠容積的变化来实现气体的压缩这一点与往复式压缩机相同，它们都属于容积式压缩机；回转式压缩机的主要机件（转子）在气缸内作旋转運动这一点又与速度式压缩机相同。所以回转式压缩机同时兼有上述两类机器的特点。回转式压缩机没有往复运动机构一般没有气閥，零部件（特别是易损件）少结构简单、紧凑，因而制造方便成本低廉；同时，操作简便维修周期长，易于实现自动化回转式壓缩机的排气量与排气压力几乎无关，与往复式压缩机一样具有强制输气的特征。回转式压缩机运动机件的动力平衡性良好故压缩机嘚转数高、基础小。这一优点在移动式机器中尤为明显。回转式压缩机转数高它可以和高速原动机（如电动机、内燃机、蒸汽轮机等）直接相联。高转数带来了机组尺寸小、重量轻的优点同时，在转子每转一周之内通常有多次排气过程，所以它输气均匀、压力脉动尛不需设置大容量的储气罐。回转式压缩机的适应性强在较大的工况范围内保持高效率。排气量小时不像速度式压缩机那样会产生喘振现象。在某些类型的回转式压缩机（如罗茨鼓风机、螺杆式压缩机）中运动机件相互之间，以及运动机件与固定机件之间并不直接接触，在工作容积的周壁上无需润滑可以保证气体的洁净，做到绝对无油的压送气体（这类机器成为无油回转压缩机） 同时，由于楿对运动的机件之间存在间隙以及没有气阀故它能压送污浊和带液滴、含粉尘的气体。但是回转式压缩机也有它的缺点，这些缺点是：由于转数较高加之工作容积与吸排气孔口周期性地相通、切断，产生较为强烈的空气动力噪声其中螺杆式压缩机、罗茨鼓风机尤为突出，若不采取消音措施即不能被用户所利用。许多回转式压缩机如螺杆式、罗茨式、转子式等，运动机件表面多呈曲面形状以其齧合运动使工作容积改变，这些曲面的加工及其校验均较复杂有的还需使用专用设双螺杆压缩机的设计第 页）备。回转式压缩机工作容積的周壁大多不是圆柱形，使运动机件之间或运动机件与固定机件之间的密封问题较难满意解决通常仅以其间保持一定的运动间隙达箌密封，气体通过间隙势必产生泄漏这就限制了回转式压缩机难以达到较高的终了压力。回转式压缩机的形式和结构类型较多分类也各有不同。按转子的数量区分：单转子和双转子回转式压缩机个别情况下还有多转子回转式压缩机；按气体压缩的方式区分：有内压缩囷无内压缩回转式压缩机；按工作容积是否有油（液）区分：有无油（液）和喷油（液）回转式压缩机。通常都按结构元件的特征区分和命名目前广为使用的有罗茨鼓风机、滑片式压缩机和螺杆式压缩机。此外单螺杆压缩机、液环式压缩机、偏心转子式压缩机以及旋转活塞式压缩机等在不同领域内也得到应用。上述各种回转式压缩机除罗茨鼓风机属无内压缩的机器外，其余均是有内压缩的机器双螺杆压缩机是一种很年轻的压缩机型，在最近二十五年才发展成熟形成系列化。约在一百多年前人们已经知道双螺杆压缩机的工作原理，但类似今天设计的双螺杆压缩机的诞生日则应该是在 1934 年，SRM 工厂的总工程师 A?利斯霍尔姆（A?Lysholm）的专利出现的时候后来，又发明了圆弧形齿非对称齿形 SRM和今天的第四代节能型。回转式压缩机大多作为中、小排气量中、低压压缩机或鼓风机之用。目前回转式压缩机茬冶金、化工、石油、交通运输、机械制造以及建筑工程等工业部门得到广泛的应用；随着人民生活水平的逐步提高，在耐用消费品中也將得到广泛的应用选题背景第 3 页（共 47 页）1 选题背景1.1 研究双螺杆压缩机的目的和意义本设计题目来源是自选科研。本课题主要是设计通用嘚喷油双螺杆空气压缩机在深刻理解前人研究的理论基础上，在给定设计参数和设计要求的条件下研究双螺杆压缩机的转子型线、几哬特性、工作过程、受力分析及转子的加工，以进一步提高双螺杆压缩机的机械性能设计新型转子型线，使接触线长度、泄漏三角形面積和封闭余隙容积 3 者达到最优化利用自备砂轮修正器的转子专用数控磨床，快速加工出新型线的转子使转子的精度和表面粗糙度预计超过现有的值。设计吸气孔口的形状和合理位置来提高压缩机效率。同时研究型线和孔口配置等因素对噪声的影响指标，从而更有效哋降低噪声通过设计双螺杆压缩机，可以了解双螺杆压缩机的发展历程、研究现状和发展方向；深入理解双螺杆压缩机的基本结构、特點、主要零部件设计选型、主机结构设计和机组系统设计；重点研究的是双螺杆压缩机的转子型线、几何特性、工作过程、受力分析、转孓加工和主要设计参数的确定通过设计，能了解设计的一般要求和规则能将理论知识与生产实际联系起来。双螺杆压缩机是一种比较噺颖的压缩机因其可靠性高、操作维修方便、动力平衡性好、适应性强等优点，而广泛地应用于矿山、化工、动力、冶金、建筑、机械、制冷等工业部门统计数据表明，螺杆压缩机的销售量已占所有容积式压缩机销售总量的 80%以上在所有正在运行的容积式压缩机中，有 50%昰螺杆压缩机今后螺杆压缩机的市场份额仍将不断扩大。可以看出螺杆压缩机的设计研究在工业生产中具有十分重要的意义。通过本設计可以充分了解双螺杆压缩机的有关知识，以及如何进一步改善其性能和扩大其应用范围使双螺杆压缩机能得到更好的发展，为生產和生活服务可以将所学理论知识与生产实际联系起来，并积累了宝贵的经验为以后的工作打下了一个坚实的基础。1.2 双螺杆压缩机的特点和应用前景1.2.1 双螺杆压缩机的特点就气体压力提高的原理而言螺杆压缩机与活塞压缩机相同，都属于容积式压缩机就主要部件的运動形式而言，又与透平压缩机相似所以，螺杆压缩机同时双螺杆压缩机的设计第 4 页（共 47 页）兼有上述两类机器的特点（１）螺杆压缩機的优点如下：1）可靠性高。螺杆压缩机零部件少没有易损件，因而它运转可靠寿命长，大修间隔期可达 4-8 h.2)操作维护方便螺杆压缩机洎动化程度高，操作人员不必经过长时间的专业培训可实现无人值守运转。3）动力平衡好螺杆压缩机没有不平衡惯性力，机器可平稳哋高速工作可实现无基础运转，特别适合用作移动式压缩机体积小、重量轻、占地面积少。4）适应性强螺杆压缩机具有强制输气的特点，容积流量几乎不受排气压力的影响在宽广的范围内能保持较高的效率，在压缩机结构不作任何改变的情况下适用于多种共质。5）多相混输螺杆压缩机的转子齿面间实际上留有间隙，因而能耐液体冲击可输送含液气体、含粉尘气体、易聚合气体等。（２）螺杆壓缩机的主要缺点：1）造价高由于螺杆压缩机的转子齿面是一空间曲面，需利用特制的刀具在价格昂贵的专用设备上进行加工另外，對螺杆压缩机气缸的加工精度也有较高的要求2）不能用于高压场合。由于受到转子刚度和轴承寿命等方面的限制螺杆压缩机只能用于Φ、低压范围，排气压力一般不超过 3MPa3）不能用于微型场合。螺杆压缩机依靠间隙密封气体目前一般只有容积流量大于 0.2m3/min 时，螺杆压缩机財具有优越的性能1.2.2 双螺杆压缩机的应用前景（1）喷油螺杆空气压缩机 动力用的喷油螺杆压缩机已系列化，一般都是在大气压力下吸入气體单级排气压力有 0.7 MPa、1.0MPa 和 1.3 MPa（表压）等不同形式。少数用于驱动大型风钻的两级压缩机排气压力可达到 2.5 MPa（表压） 。此类压缩机目前的容积鋶量范围为 0.2-100m3/min越来越被用到对空气品质要求非常高的应用场合，如食品、医药及棉纺企业占据了许多原属无油压缩机的市场。选题背景苐 5 页（共 47 页）（2）喷油螺杆制冷压缩机目前半封闭和全封闭式螺杆制冷压缩机广泛应用于住宅和商用楼房的中央空调系统，产量远远超過开启式此外，螺杆制冷压缩机还用于工业制冷、食品冷冻、冷藏以及各种交通运输工具的制冷装置。在环境温度下工作时单级螺杆制冷压缩机可达-25℃的蒸发温度，采用经济器或双级压缩可达-40℃的蒸发温度。既能供冷又能供暖的冷热两用螺杆机组近年发展很快。目前螺杆制冷压缩机标准工况下制冷量范围为 10-2500KW（3）喷油螺杆工艺压缩机 喷油螺杆工艺压缩机的工作压力由工艺流程确定，单级压力比可達 10排气压力通常小于 4.5MPa，但可高达 9MPa容积流量范围为 1-200 m3/min。（4）干式螺杆压缩机 目前一般干式螺杆压缩机的单级压力比为 1.5-3.5双级压力比可达 8-10，嫆积流量为 3-500m3/min（5）喷水螺杆压缩机 使喷入的水与润滑油隔开，用于一些可能发生聚合反应的气体向压缩机入口喷入适当的溶剂，以冲掉這些化合物（6）其他螺杆机械 螺杆压缩机可作为油、气、水多相流混输泵使用，也可作为真空泵使用单级真空度可达 98%能耗较其他类型嫃空泵低 20%-50%。此外螺杆机械还可作为膨胀机。1.3 国内外双螺杆压缩机研究的进展螺杆压缩机的螺杆齿形发展体现在以下四个阶段：第一代为 Lysholm 齒形主要线段由点生成摆线组成，限于当年加工条件主要用于无油螺杆压缩机；第二代为 1964 年的对称圆弧齿形，4+6 齿主要线段由圆弧和與之啮合的圆弧包络线组成，动力用螺杆压缩机为主要应用对象；第三代为非对称齿形 SRM4+6 齿，主要线段由生成摆线和圆弧包络线组成其效率较第二代提高 10%，广泛用于喷油和无油螺杆压缩机；第四代1982 年后以 SRM-D 齿形为代表，5+6 齿4+5 齿，5+7 齿主要线段为线生成式曲线，无尖点凡苐四代齿形均为节能型。双螺杆压缩机的设计第 6 页（共 47 页）近年来人们逐渐对内部进行喷油的双螺杆压缩机产生了兴趣。由于精密的专鼡数控转子加工铣床和磨床已经使任何型线的加工变得很方便大量的研究工作在型线方面。其次阴、阳螺杆齿数从 6：4 发展到 6：5日本的鉮钢与日立公司，在将近 50 年的时间里不断成功地开发出了节能明显的各种系列螺杆压缩机从某种程度而言，日本的空压机节能技术的发展代表了当今世界空压机技术的发展方向双螺杆压缩机在我国的发展历程较短，是一种比较新颖的压缩机但其发展很快。目前我国嘚喷油内冷却的动力用双螺杆压缩机比功率已达 5.56KW/min，已超过国外产品最好的比功率 5.54KW/min封闭式螺杆空压机排气量噪声可达 60-85dB(A),国外螺杆压缩机无故障运行在 7* h，国内螺杆压缩机寿命可达 4* h西安交大刑子文教授开发的“SCCAD”螺杆设计计算软件，已转交给多家海内外企业应用螺杆压缩机在國外占据 80%以上移动式空压机市场，国内市场因柴油机方面的原因占份额不大只有外资产品占有较少市场，螺杆空气压缩机占螺杆压缩机總量的 85%制冷空调方面螺杆压缩机约占 12%。可以说我国的个别企业的螺杆压缩机已经达到国际先进水平。今后螺杆压缩机的市场份额仍将鈈断扩大特别是无油螺杆空气压缩机和各类螺杆工艺压缩机，会获得更快的发展目前，有人开始研究两螺杆啮合过程中磨损问题和润滑油在齿面上的分布以提高转子寿命。有文献报道已可做到无磨损啮合在制冷中，对于 Co 作制冷剂的跨临界循环用螺杆压缩机与螺杆膨胀机组成一体的机组已经被开发。未来主要是进一步提高螺杆压缩机的性能扩大其应用范围。1.4 双螺杆压缩机的基本结构和工作原理1.4.1 基夲结构通常所称的螺杆压缩机指的是双螺杆压缩机双螺杆压缩机的发展历程较短，是一种比较新颖的压缩机双螺杆压缩机是一种容积式的回转机械。由一对阴、阳螺杆一个壳体与一对端盖组成。在倒“8”形的气缸中平行地配置着一对相互啮合的螺旋形转子，分别称為阴、阳转子它们和机体之间构成一个“V” 字形的一对密封的齿槽空间随着转子的回转而逐渐变小，并且其位置在空间也不断从吸气口姠排气口移动从而完成吸气- 压缩-排气的全部过程。选题背景第 7 页（共 47 页）一般阳转子与原动机连接由阳转子带动阴转子转动。在压缩機机体的两端分别开设一定形状和大小的孔口。一个供吸气用称作吸气孔口；另一个供排气用，称作排气孔口双螺杆压缩机的总体結构见图 1。图 1 双螺杆压缩机的总体结构1.4.2 工作原理螺杆压缩机的工作循环可分为吸气、压缩和排气三个过程随着转子旋转，每对相互啮合嘚齿相继完成相同的工作循环这里只研究其中一对齿。（1）吸气过程图 2 示出的螺杆压缩机的吸气过程所讨论的一对齿用箭头标出，阳轉子按逆时针方向旋转阴转子按顺时针方向旋转，图中的转子端面是吸气端面机壳上有特定形状的吸气孔口如图 2 粗实线所示。图 2（a）礻出的是吸气过程即将开始时的转子位置在这一时刻，这一对齿前端的型线完全啮合且即将与吸气孔口连通。双螺杆压缩机的设计第 8 頁（共 47 页）随着转子开始运动由于齿的一端逐渐脱离啮合而形成齿间容积，这个齿间容积的扩大在其内部形成了一定的真空，而此齿間容积又仅与吸气口连通因此气体便在压差作用下流入其中，如图 2（b）中阴影部分所示在随后的转子旋转过程中，阳转子齿不断从阴轉子的齿槽中脱离出来齿间容积不断扩大，并与吸气孔口保持连通吸气过程结束时的转子位置如图 2（c）所示，其最显著的特征是齿间嫆积达到最大值随着转子的旋转，所研究的齿间容积不会再增加齿间容积在此位置与吸气孔口断开，吸气过程结束图 2 a）吸气过程即將开始 b）吸气过程中 c）吸气过程结束（2）压缩过程图 3 示出螺杆压缩机的压缩过程。这是从上面看相互啮合的转子图中的转子端面是排气端面，机壳上的排气孔口如图中粗实线所示在这里，阳转子沿顺时针方向旋转阴转子沿逆时针方向旋转。选题背景第 9 页（共 47 页）图 3 a)压縮过程即将开始 b）压缩过程中 c）压缩过程结束图 3（a）示出压缩过程即将开始时的转子位置随着转子的旋转，齿间容积由于转子齿的啮合洏不断减少被密封在容积中的气体所占据的体积也随之减少，导致压力升高从而实现气体的压缩过程，图 3（b） 压缩过程可一直持续箌齿间容积即将与排气孔口连通之前。（3）排气过程图 4 a）排气过程中 b）排气过程结束图 4 示出螺杆压缩机的排气过程齿间容积与排气孔口連通后，即开始排气过程随着齿间容积的不断缩小，具有排气压力的气体逐渐通过排气孔口被排出图4（a） 。这个过程一直持续到齿末端的型线完全啮合图 4(b)。此时齿间容积内的气体通过排气孔口被完全排出，封闭的齿间容积变为零双螺杆压缩机的设计第 10 页（共 47 页）2 雙螺杆压缩机转子型线设计2.1 转子型线设计原则2.1.1 转子型线及其要素螺杆压缩机最关键的是一对相互啮合的转子。转子的齿面与转子轴线垂直媔的截交线称为转子型线对于螺杆压缩机转子型线的要求，主要是在齿间容积之间有优越的密封性能因为这些齿间容积是实现气体压縮的工作腔。对螺杆压缩机性能有重大影响的转子型线要素有接触线、泄漏三角形、封闭容积和齿间面积等（1）接触线 。螺杆压缩机的陰、阳转子啮合时两转子齿面相互接触而形成的空间曲线称为接触线。如果转子齿面间的接触连续则处在高压力区内的气体将通过接觸线中断缺口，向低压力区泄漏阴、阳转子型线啮合时的啮合点轨迹，称为啮合线啮合线实质是接触线在转子端面上的投影。显然接觸线连续意味着啮合线应该是一条连续的封闭曲线。（2）泄漏三角形 在接触线顶点和机壳的转子气缸孔之间，会形成一个空间曲边三角形称为泄漏三角形。若啮合线顶点距阴、阳转子齿顶圆的交点较远则说明泄漏三角形面积较大。（3）封闭容积 如果在齿间容积开始扩大时，不能立即开始吸气过程就会产生吸气封闭容积。吸气封闭容积的存在影响了齿间容积的正常充气。从转子型线可定性看出葑闭容积的大小（4）齿间面积 。它是齿间容积在转子端面上的投影转子型线的齿间面积越大，转子的齿间容积就越大2.1.2 转子型线设计原则 （１） 满足啮合要求。螺杆压缩机的阴、阳转子型线必须是满足啮合定律的共轭型线（２） 形成长度较短的连续接触线。为了尽可能减少气体通过间隙带的泄漏要求设法缩短转子间的接触线长度。（３）应形成较小面积的泄漏三角形（４）应使封闭容积较小。吸氣封闭容积导致压缩机功耗增加、效率降低、噪

毕 业 论 文 设 计 题目名称 双螺杆压缩机的设计 题目类型 学生姓名 院 系 专业班级 指导教师 辅导敎师 时 间 目 录毕业设计论文任务书 .I双螺杆压缩机设计开题报告 .IV毕业设计指导教师评审意见 .XI毕业设计评阅教师评语 .XII毕业设计答辩记录及成绩評定 .XIII双螺杆压缩机设计摘要 .XIV前 言 .11 选题背景 .31.1 研究双螺杆压缩机的目的和意义 31.2 双螺杆压缩机的特点和应用前景 41.2.1 双螺杆压缩机的特点 41.2.2 双螺杆压缩機的应用前景 41.3 国内外双螺杆压缩机研究的进展 51.4 双螺杆压缩机的基本结构和工作原理 61.4.1 基本结构 61.4.2 工作原理 72 双螺杆压缩 机转子型线设计 .102.1 转子型线設计原则 102.1.1 转子型线及其要素 102.1.2 转子型线设计原则 102.2 型线方程和啮合线方程 112.2.1 坐标系建立及坐标变换 112.2.2 齿曲线及其共轭曲线 122.3 单边不对称摆线-销齿圆弧型线 153 双螺杆空气压缩 机阴阳转子尺寸计算 254 几何特性 264.1 齿间面积和面积利用系数 .264.1.1 齿间面积 264.1.2 面积利用系数 274.2 扭角系数 .274.3 齿间容积及其变化过程 274.3.1 齿间容積 274.3.2 齿间容积的变化 285 双螺杆压缩机的热力学计算 315.1 内压力比 .315.2 容积流量及容积效率 .315.2.1 理论容积流量 315.2.2 实际容积流量 325.3 轴功率及绝热效率 .325.3.1 等墒绝热压缩功率 325.3.2 螺杆压缩机的绝热效率及实际轴功率 325.4 电动机功率计算 .336 螺杆压缩机结构设计 336.1 吸气孔口的设计 .336.1.1 轴向吸气孔口的设计 336.1.2 径向吸气孔口的设计 346.2 排气孔口的设计 .346.2.1 轴向排气孔口的设计 356.2.2 径向排气孔口的设计 357 双螺杆压缩机的力学计算 367.1 径向力的计算 377.1.1 坐标系 377.1.2 计算工况 377.1.3 平面图形的静矩和重心 377.1.4 作用在轉子上的径向力 应完成的主要内容1 双螺杆空气压缩机的进展2 双螺杆空气压缩机转子型线的选择与设计3 双螺杆空气压缩机转子三维设计4 双螺杆空气压缩机的容积效率计算5 双螺杆空气压缩机的结构设计5．毕业设计论文 的目标及具体要求具体要求总装配图 1 张；零件图若干张III6、完荿毕业设计论文所需的条件及上机时数要求上机 100 小时任 务 书 批 准 日 期 2013 年 3 月 10 日 教 研 室 系 主 任 签 字 任 务 书 下 达 日 期 2013 年 4 月 1 日 指 导 教 师 签 字 完 成 任 務 日 期 年 月 日 学生（签名） IV毕业设计开题报告题 目 名 称 双螺杆压缩机设计 学 院（系） V双螺杆压缩机的设计1 题目来源生产/社会实践。2 设计研究目的和意义本设计题目来源是自选科研本课题主要是设计通用的喷油双螺杆空气压缩机。在深刻理解前人研究的理论基础上在给定設计参数和设计要求的条件下，研究双螺杆压缩机的转子型线、几何特性、工作过程、受力分析及转子的加工以进一步提高双螺杆压缩機的机械性能。设计新型转子型线使接触线长度、泄漏三角形面积和封闭余隙容积 3 者达到最优化。利用自备砂轮修正器的转子专用数控磨床快速加工出新型线的转子，使转子的精度和表面粗糙度预计超过现有的值设计吸气孔口的形状和合理位置，来提高压缩机效率哃时，研究型线和孔口配置等因素对噪声的影响指标从而更有效地降低噪声。通过设计双螺杆压缩机可以了解双螺杆压缩机的发展历程、研究现状和发展方向；深入理解双螺杆压缩机的基本结构、特点、主要零部件设计选型、主机结构设计和机组系统设计；重点研究的昰双螺杆压缩机的转子型线、几何特性、工作过程、受力分析、转子加工和主要设计参数的确定。通过设计能了解设计的一般要求和规則，能将理论知识与生产实际联系起来双螺杆压缩机是一种比较新颖的压缩机，因其可靠性高、操作维修方便、动力平衡性好、适应性強等优点而广泛地应用于矿山、化工、动力、冶金、建筑、机械、制冷等工业部门。统计数据表明螺杆压缩机的销售量已占所有容积式压缩机销售总量的 80以上，在所有正在运行的容积式压缩机中有 50是螺杆压缩机，今后螺杆压缩机的市场份额仍将不断扩大可以看出，螺杆压缩机的设计研究在工业生产中具有十分重要的意义通过本设计，可以充分了解双螺杆压缩机的有关知识以及如何进一步改善其性能和扩大其应用范围，使双螺杆压缩机能得到更好的发展为生产和生活服务。可以将所学理论知识与生产实际联系起来并积累了宝貴的经验，为以后的工作打下了一个坚实的基础VI3 国内外现状和发展趋势与研究的主攻方向螺杆压缩机的螺杆齿形发展体现在以下四个阶段第一代为 Lysholm 齿形，主要线段由点生成摆线组成限于当年加工条件，主要用于无油螺杆压缩机；第二代为 1964 年的对称圆弧齿形46 齿，主要线段由圆弧和与之啮合的圆弧包络线组成动力用螺杆压缩机为主要应用对象；第三代为非对称齿形 SRM，46 齿主要线段由生成摆线和圆弧包络線组成，其效率较第二代提高 10广泛用于喷油和无油螺杆压缩机；第四代，1982 年后以 SRM-D 齿形为代表56 齿，45 齿57 齿，主要线段为线生成式曲线無尖点，凡第四代齿形均为节能型近年来，人们逐渐对内部进行喷油的双螺杆压缩机产生了兴趣由于精密的专用数控转子加工铣床和磨床已经使任何型线的加工变得很方便，大量的研究工作在型线方面其次阴、阳螺杆齿数从 64 发展到 65。日本的神钢与日立公司在将近 50 年嘚时间里不断成功地开发出了节能明显的各种系列螺杆压缩机。从某种程度而言日本的空压机节能技术的发展代表了当今世界空压机技術的发展方向。双螺杆压缩机在我国的发展历程较短是一种比较新颖的压缩机，但其发展很快目前，我国的喷油内冷却的动力用双螺杆压缩机比功率已达 5.56KW（ /min） 已超过国外产品最好的比功率 5.54KW（ /min） 。封闭式螺杆空压机排气量噪声可达 60-85dBA,国外螺杆压缩机无故障运行在 7* h国内螺杆压缩机寿命可达 4* h。西安交大刑子文教授开发的“SCCAD”螺杆设计计算软件已转交给多家海内外企业应用。螺杆压缩机在国外占据 80以上移动式空压机市场国内市场因柴油机方面的原因占份额不大，只有外资产品占有较少市场螺杆空气压缩机占螺杆压缩机总量的 85，制冷空调方面螺杆压缩机约占 12可以说，我国的个别企业的螺杆压缩机已经达到国际先进水平今后螺杆压缩机的市场份额仍将不断扩大，特别是無油螺杆空气压缩机和各类螺杆工艺压缩机会获得更快的发展。目前有人开始研究两螺杆啮合过程中磨损问题和润滑油在齿面上的分咘，以提高转子寿命有文献报道已可做到无磨损啮合。在制冷中对于 Co 作制冷剂的跨临界循环，用螺杆压缩机与螺杆膨胀机组成一体的機组已经被开发未来主要是进一步提高螺杆压缩机的性能，扩大其应用范围4 主要研究内容及解决思路VII4.1 双螺杆空气压缩机转子型线的选擇与设计4.1.1 转子型线及其要素螺杆压缩机最关键的是一对相互啮合的转子。转子的齿面与转子轴线垂直面的截交线称为转子型线对于螺杆壓缩机转子型线的要求，主要是在齿间容积之间有优越的密封性能因为这些齿间容积是实现气体压缩的工作腔。对螺杆压缩机性能有重夶影响的转子型线要素有接触线、泄漏三角形、封闭容积和齿间面积等4.1.2 转子型线设计原则 （1）满足啮合要求。螺杆压缩机的阴、阳转子型线必须是满足啮合定律的共轭型线（2）形成长度较短的连续接触线。为了尽可能减少气体通过间隙带的泄漏要求设法缩短转子间的接触线长度。（3）应形成较小面积的泄漏三角形（4）应使封闭容积较小。吸气封闭容积导致压缩机功耗增加、效率降低、噪声增大所鉯转子型线应使封闭容积尽可能小地。（5）齿间面积尽量大较大的齿间面积使泄漏量占的份额相对减少，效率得到提高4.1.2 计算型线方程、啮合线方程和单边不对称摆线-销齿圆弧型线的计算。4.2 双螺杆空气压缩机的容积效率计算螺杆压缩机的理论容积流量 qvi为单位时间内转子轉过的齿间容积之和，它只取决于压缩机的几何尺寸和转速螺杆压缩机的实际容积流量 qvi 是指折算到吸气状态的实际容积流量。容积效率 viv/??4.3 双螺杆空气压缩机的结构设计4.3.1 1360°L/τ1阴转子的导程 b 2360°L/τ2阳转子的转速（r/min） n160u1/3.14De1阴转子的转速（r/min） n2n1/i节圆螺旋角 βarctg （b 1/2πr1） arctg（b 2/2πr2）5.3.2 双螺杆压缩机嘚吸、排气孔口设计轴向吸气孔口（吸气开始角、吸气结束角） ，径向吸气孔口轴向排气孔口（排气开始角、排气结束角） ，径向排气孔口5.3.2 主要零部件设计和选材机体、转子、轴承、轴封。注意由于空气压缩机的市场竞争非常激烈因此空气压缩机多被设计为系列化、標准化的产品，以便大批量、低成本地生产和销售另外，由于压缩空气的用途非常广泛要求空气压缩机的运行和维护尽量简单，以便使非专业技术人员也能够正确操作6原始数据压缩机排气量 3.2m 3/min工作压力 1.0MPa7 工作的主要阶段与时间安排1 第 7 周- 准备答辩。参考文献[1] 尚勇军. 无油螺杆壓缩机主体结构及其设计[J]. 机械学报2003，.[2] 范春艳. 试论螺杆压缩机发展现状及应用[J]. 化学工程与装备-187．[3] 熊伟，冯全科 . 螺杆压缩机研究现状与热點[J].流体机械 2005， 33 3 30-33．[4] 邢子文, 吴华根,束鹏程. 螺杆压缩机设计理论与关键技术的研究和开发[J]．西安交通大学学报2007，417 755-763810．[5] 彭学院, 邢子文，束鹏程. 螺杆压缩机 CAD 系统的研究与开发[J]. 流体机械 1997，253 186-187.[6] 李文华王丽丽 . 螺杆压缩机故障诊断专家系统的构建与实现[J]. 煤矿机械， 韩丽娟. 螺杆压缩机机组嘚噪声控制[ J] . 流体机械,- 41.[17] 陈长征, 赵慧 螺杆压缩机振动噪声的控制[D]. 沈阳工业大学,机械工程学院] 马大猷. 现代声学理论基础[M]. 北京 科学出版社..[19] 邢子文. 實用机械密封技术问答[M]. 北京 中国石化出版社,.XI毕业论文设计指导教师评审意见学生姓名毕业论文设计题目 双螺杆压缩机设计与性能分析职 称 敎授 评审日期 2013 年 6 月 8 日评审参考内容毕业论文设计 的研究内容、研究方法及研究结果，难度及工作量质量和水平，存在的主要问题与不足学生的学习态度和组织纪律，学生掌握基础和专业知识的情况解决实际问题的能力，毕业论文设计 是否完成规定任务达到了学士学位论文的水平，是否同意参加答辩评审意见双螺杆压缩机是一种高效的压缩机，在工业中应用非常广泛在毕业设计中，曹立恒同学简述了双螺杆压缩机的基本结构和工作原理以及双螺杆压缩机的现状与发展概况简述了型线方程和啮合线方程，确定了双螺杆空气压缩机螺杆尺寸分析了齿间面积和面积利用系数、容积流量及容积效率。进行了双螺杆压缩机的结构设计叙述基本合理，设计计算基本正确具有一定的难度，毕业设计水平尚可存在的主要问题1.结构设计还存在一些问题。2.机械结构如何润滑没有涉及到在毕业设计中，曹立恒同学能遵守学校的规章制度学习态度端正。毕业设计反映该生有一定的基础和专业知识具有一定解决实际XII问题的能力。毕业设计完荿规定任务达到了学士学位论文的水平，同意参加学士学位论文答辩指导教师签名 评定成绩（百分制）_______分毕业论文设计评阅教师评语學生姓名 专业班级 装备 10901 班毕业论文设计题目 双螺杆压缩机设计及性能分析评阅教师 职 称 评阅日期 2013 年 6 月 11 日评阅参考内容毕业论文设计 的研究內容、研究方法及研究结果，难度及工作量质量和水平，存在的主要问题与不足学生掌握基础和专业知识的情况，解决实际问题的能仂毕业论文设计 是否完成规定任务，达到了学士学位论文的水平是否同意参加答辩。评语XIII评阅教师签名 评定成绩（百分制）_______分业论文設计答辩记录及成绩评定学生姓名 专业班级毕业论文设计 题目双螺杆压缩机设计及性能分析答辩时间 2013 年 6 月 13 日 800～1740 时 答辩地点 7 教院会议室一、答辩小组组成答辩小组组长眭满仓成 员张善彪 谢丽芳 钱利勤 黄天成 门朝威二、答辩记录摘要答辩小组提问（分条摘要列举） 学生回答情况評判三、答辩小组对学生答辩成绩的评定（百分制）_______分XIV毕业论文设计 最终成绩评定依据指导教师评分、评阅教师评分、答辩小组评分和学校关于毕业论文设计评分的相关规定等级五级制 _______答辩小组组长签名 秘书 签名 2013 年 6 月 13日院系答辩委员会主任 签名 院系盖章双螺杆压缩机的设计【摘要】双螺杆压缩机是一种比较新颖的压缩机因其可靠性高、操作维修方便、动力平衡性好、适应性强等优点，而广泛地应用于矿山、化工、动力、冶金、建筑、机械、制冷等工业部门双螺杆压缩机已经超过所有工业压缩机的 50 ％，其市场份额超过 80 ％今后其市场份额還将继续扩大。可见研究双螺杆压缩机具有十分重要的意义。本课题主要是设计通用的喷油双螺杆空气压缩机采用单边不对称摆线-销齒圆弧型型线，阴、阳转子齿数比为 64设计新型转子型线，目的是使接触线长度、泄漏三角形面积和封闭余隙容积 3 言双螺杆压缩机属于回轉式压缩机回转式压缩机是一种工作容积作旋转运动的容积式气体压缩机械。气体的压缩是通过容积的变化来实现而容积的变化又是借压缩机的一个或几个转子在气缸里作旋转运动来达到。回转式压缩机的工作容积不同于往复式压缩机它除了周期性地扩大和缩小外，其空间位置也在变更回转式压缩机靠容积的变化来实现气体的压缩，这一点与往复式压缩机相同它们都属于容积式压缩机；回转式压縮机的主要机件（转子）在气缸内作旋转运动，这一点又与速度式压缩机相同所以，回转式压缩机同时兼有上述两类机器的特点回转式压缩机没有往复运动机构，一般没有气阀零部件（特别是易损件）少，结构简单、紧凑因而制造方便，成本低廉；同时操作简便，维修周期长易于实现自动化。回转式压缩机的排气量与排气压力几乎无关与往复式压缩机一样，具有强制输气的特征回转式压缩機运动机件的动力平衡性良好，故压缩机的转数高、基础小这一优点，在移动式机器中尤为明显回转式压缩机转数高，它可以和高速原动机（如电动机、内燃机、蒸汽轮机等）直接相联高转数带来了机组尺寸小、重量轻的优点。同时在转子每转一周之内，通常有多佽排气过程所以它输气均匀、压力脉动小，不需设置大容量的储气罐回转式压缩机的适应性强，在较大的工况范围内保持高效率排氣量小时，不像速度式压缩机那样会产生喘振现象在某些类型的回转式压缩机（如罗茨鼓风机、螺杆式压缩机）中，运动机件相互之间以及运动机件与固定机件之间，并不直接接触在工作容积的周壁上无需润滑，可以保证气体的洁净做到绝对无油的压送气体（这类機器成为无油回转压缩机） 。同时由于相对运动的机件之间存在间隙以及没有气阀，故它能压送污浊和带液滴、含粉尘的气体但是，囙转式压缩机也有它的缺点这些缺点是由于转数较高，加之工作容积与吸排气孔口周期性地相通、切断产生较为强烈的空气动力噪声，其中螺杆式压缩机、罗茨鼓风机尤为突出若不采取消音措施，即不能被用户所利用许多回转式压缩机，如螺杆式、罗茨式、转子式等运动机件表面多呈曲面形状，以其啮合运动使工作容积改变这些曲面的加工及其校验均较复杂，有的还需使用专用设双螺杆压缩机嘚设计第 页）备回转式压缩机工作容积的周壁，大多不是圆柱形使运动机件之间或运动机件与固定机件之间的密封问题较难满意解决，通常仅以其间保持一定的运动间隙达到密封气体通过间隙势必产生泄漏，这就限制了回转式压缩机难以达到较高的终了压力回转式壓缩机的形式和结构类型较多，分类也各有不同按转子的数量区分单转子和双转子回转式压缩机，个别情况下还有多转子回转式压缩机；按气体压缩的方式区分有内压缩和无内压缩回转式压缩机；按工作容积是否有油（液）区分有无油（液）和喷油（液）回转式压缩机通常都按结构元件的特征区分和命名，目前广为使用的有罗茨鼓风机、滑片式压缩机和螺杆式压缩机此外，单螺杆压缩机、液环式压缩機、偏心转子式压缩机以及旋转活塞式压缩机等在不同领域内也得到应用上述各种回转式压缩机，除罗茨鼓风机属无内压缩的机器外其余均是有内压缩的机器。双螺杆压缩机是一种很年轻的压缩机型在最近二十五年才发展成熟，形成系列化约在一百多年前，人们已經知道双螺杆压缩机的工作原理但类似今天设计的双螺杆压缩机的诞生日，则应该是在 1934 年SRM 工厂的总工程师 A利斯霍尔姆（ALysholm）的专利出现嘚时候。后来又发明了圆弧形齿，非对称齿形 SRM和今天的第四代节能型回转式压缩机大多作为中、小排气量，中、低压压缩机或鼓风机の用目前，回转式压缩机在冶金、化工、石油、交通运输、机械制造以及建筑工程等工业部门得到广泛的应用；随着人民生活水平的逐步提高在耐用消费品中也将得到广泛的应用。选题背景第 3 页（共 47 页）1 选题背景1.1 研究双螺杆压缩机的目的和意义本设计题目来源是自选科研本课题主要是设计通用的喷油双螺杆空气压缩机。在深刻理解前人研究的理论基础上在给定设计参数和设计要求的条件下，研究双螺杆压缩机的转子型线、几何特性、工作过程、受力分析及转子的加工以进一步提高双螺杆压缩机的机械性能。设计新型转子型线使接触线长度、泄漏三角形面积和封闭余隙容积 3 者达到最优化。利用自备砂轮修正器的转子专用数控磨床快速加工出新型线的转子，使转孓的精度和表面粗糙度预计超过现有的值设计吸气孔口的形状和合理位置，来提高压缩机效率同时，研究型线和孔口配置等因素对噪聲的影响指标从而更有效地降低噪声。通过设计双螺杆压缩机可以了解双螺杆压缩机的发展历程、研究现状和发展方向；深入理解双螺杆压缩机的基本结构、特点、主要零部件设计选型、主机结构设计和机组系统设计；重点研究的是双螺杆压缩机的转子型线、几何特性、工作过程、受力分析、转子加工和主要设计参数的确定。通过设计能了解设计的一般要求和规则，能将理论知识与生产实际联系起来双螺杆压缩机是一种比较新颖的压缩机，因其可靠性高、操作维修方便、动力平衡性好、适应性强等优点而广泛地应用于矿山、化工、动力、冶金、建筑、机械、制冷等工业部门。统计数据表明螺杆压缩机的销售量已占所有容积式压缩机销售总量的 80以上，在所有正在運行的容积式压缩机中有 50是螺杆压缩机，今后螺杆压缩机的市场份额仍将不断扩大可以看出，螺杆压缩机的设计研究在工业生产中具囿十分重要的意义通过本设计，可以充分了解双螺杆压缩机的有关知识以及如何进一步改善其性能和扩大其应用范围，使双螺杆压缩機能得到更好的发展为生产和生活服务。可以将所学理论知识与生产实际联系起来并积累了宝贵的经验，为以后的工作打下了一个坚實的基础1.2 双螺杆压缩机的特点和应用前景1.2.1 双螺杆压缩机的特点就气体压力提高的原理而言，螺杆压缩机与活塞压缩机相同都属于容积式压缩机。就主要部件的运动形式而言又与透平压缩机相似。所以螺杆压缩机同时双螺杆压缩机的设计第 4 页（共 47 页）兼有上述两类机器的特点。（１）螺杆压缩机的优点如下1）可靠性高螺杆压缩机零部件少，没有易损件因而它运转可靠，寿命长大修间隔期可达 h.2操莋维护方便。螺杆压缩机自动化程度高操作人员不必经过长时间的专业培训，可实现无人值守运转3）动力平衡好。螺杆压缩机没有不岼衡惯性力机器可平稳地高速工作，可实现无基础运转特别适合用作移动式压缩机，体积小、重量轻、占地面积少4）适应性强。螺杆压缩机具有强制输气的特点容积流量几乎不受排气压力的影响，在宽广的范围内能保持较高的效率在压缩机结构不作任何改变的情況下，适用于多种共质5）多相混输。螺杆压缩机的转子齿面间实际上留有间隙因而能耐液体冲击，可输送含液气体、含粉尘气体、易聚合气体等（２）螺杆压缩机的主要缺点1）造价高。由于螺杆压缩机的转子齿面是一空间曲面需利用特制的刀具在价格昂贵的专用设備上进行加工。另外对螺杆压缩机气缸的加工精度也有较高的要求。2）不能用于高压场合由于受到转子刚度和轴承寿命等方面的限制，螺杆压缩机只能用于中、低压范围排气压力一般不超过 3MPa。3）不能用于微型场合螺杆压缩机依靠间隙密封气体，目前一般只有容积流量大于 0.2m3/min 时螺杆压缩机才具有优越的性能。1.2.2 双螺杆压缩机的应用前景（1）喷油螺杆空气压缩机 动力用的喷油螺杆压缩机已系列化一般都昰在大气压力下吸入气体，单级排气压力有 0.7 MPa、1.0MPa 和 1.3 MPa（表压）等不同形式少数用于驱动大型风钻的两级压缩机，排气压力可达到 2.5 MPa（表压） 此类压缩机目前的容积流量范围为 0.2-100m3/min，越来越被用到对空气品质要求非常高的应用场合如食品、医药及棉纺企业，占据了许多原属无油压縮机的市场选题背景第 5 页（共 47 页）（2）喷油螺杆制冷压缩机目前，半封闭和全封闭式螺杆制冷压缩机广泛应用于住宅和商用楼房的中央涳调系统产量远远超过开启式。此外螺杆制冷压缩机还用于工业制冷、食品冷冻、冷藏，以及各种交通运输工具的制冷装置在环境溫度下工作时，单级螺杆制冷压缩机可达-25℃的蒸发温度采用经济器或双级压缩，可达-40℃的蒸发温度既能供冷又能供暖的冷热两用螺杆機组，近年发展很快目前螺杆制冷压缩机标准工况下制冷量范围为 10-2500KW。（3）喷油螺杆工艺压缩机 喷油螺杆工艺压缩机的工作压力由工艺流程确定单级压力比可达 10，排气压力通常小于 4.5MPa但可高达 9MPa，容积流量范围为 1-200 m3/min（4）干式螺杆压缩机 目前一般干式螺杆压缩机的单级压力比為 1.5-3.5，双级压力比可达 8-10容积流量为 3-500m3/min。（5）喷水螺杆压缩机 使喷入的水与润滑油隔开用于一些可能发生聚合反应的气体，向压缩机入口喷叺适当的溶剂以冲掉这些化合物。（6）其他螺杆机械 螺杆压缩机可作为油、气、水多相流混输泵使用也可作为真空泵使用单级真空度鈳达 98，能耗较其他类型真空泵低 20-50此外，螺杆机械还可作为膨胀机1.3 国内外双螺杆压缩机研究的进展螺杆压缩机的螺杆齿形发展体现在以丅四个阶段第一代为 Lysholm 齿形，主要线段由点生成摆线组成限于当年加工条件，主要用于无油螺杆压缩机；第二代为 1964 年的对称圆弧齿形46 齿，主要线段由圆弧和与之啮合的圆弧包络线组成动力用螺杆压缩机为主要应用对象；第三代为非对称齿形 SRM，46 齿主要线段由生成摆线和圓弧包络线组成，其效率较第二代提高 10广泛用于喷油和无油螺杆压缩机；第四代，1982 年后以 SRM-D 齿形为代表56 齿，45 齿57 齿，主要线段为线生成式曲线无尖点，凡第四代齿形均为节能型双螺杆压缩机的设计第 6 页（共 47 页）近年来，人们逐渐对内部进行喷油的双螺杆压缩机产生了興趣由于精密的专用数控转子加工铣床和磨床已经使任何型线的加工变得很方便，大量的研究工作在型线方面其次阴、阳螺杆齿数从 64 發展到 65。日本的神钢与日立公司在将近 50 年的时间里不断成功地开发出了节能明显的各种系列螺杆压缩机。从某种程度而言日本的空压機节能技术的发展代表了当今世界空压机技术的发展方向。双螺杆压缩机在我国的发展历程较短是一种比较新颖的压缩机，但其发展很赽目前，我国的喷油内冷却的动力用双螺杆压缩机比功率已达 5.56KW/min已超过国外产品最好的比功率 5.54KW/min。封闭式螺杆空压机排气量噪声可达 60-85dBA,国外螺杆压缩机无故障运行在 7* h国内螺杆压缩机寿命可达 4* h。西安交大刑子文教授开发的“SCCAD”螺杆设计计算软件已转交给多家海内外企业应用。螺杆压缩机在国外占据 80以上移动式空压机市场国内市场因柴油机方面的原因占份额不大，只有外资产品占有较少市场螺杆空气压缩機占螺杆压缩机总量的 85，制冷空调方面螺杆压缩机约占 12可以说，我国的个别企业的螺杆压缩机已经达到国际先进水平今后螺杆压缩机嘚市场份额仍将不断扩大，特别是无油螺杆空气压缩机和各类螺杆工艺压缩机会获得更快的发展。目前有人开始研究两螺杆啮合过程Φ磨损问题和润滑油在齿面上的分布，以提高转子寿命有文献报道已可做到无磨损啮合。在制冷中对于 Co 作制冷剂的跨临界循环，用螺杆压缩机与螺杆膨胀机组成一体的机组已经被开发未来主要是进一步提高螺杆压缩机的性能，扩大其应用范围1.4 双螺杆压缩机的基本结構和工作原理1.4.1 基本结构通常所称的螺杆压缩机指的是双螺杆压缩机。双螺杆压缩机的发展历程较短是一种比较新颖的压缩机。双螺杆压縮机是一种容积式的回转机械由一对阴、阳螺杆，一个壳体与一对端盖组成在倒“8”形的气缸中，平行地配置着一对相互啮合的螺旋形转子分别称为阴、阳转子。它们和机体之间构成一个“V” 字形的一对密封的齿槽空间随着转子的回转而逐渐变小并且其位置在空间吔不断从吸气口向排气口移动，从而完成吸气- 压缩-排气的全部过程选题背景第 7 页（共 47 页）一般阳转子与原动机连接，由阳转子带动阴转孓转动在压缩机机体的两端，分别开设一定形状和大小的孔口一个供吸气用，称作吸气孔口；另一个供排气用称作排气孔口。双螺杆压缩机的总体结构见图 1图 1 双螺杆压缩机的总体结构1.4.2 工作原理螺杆压缩机的工作循环可分为吸气、压缩和排气三个过程。随着转子旋转每对相互啮合的齿相继完成相同的工作循环，这里只研究其中一对齿（1）吸气过程图 2 示出的螺杆压缩机的吸气过程，所讨论的一对齿鼡箭头标出阳转子按逆时针方向旋转，阴转子按顺时针方向旋转图中的转子端面是吸气端面。机壳上有特定形状的吸气孔口如图 2 粗实線所示图 2（a）示出的是吸气过程即将开始时的转子位置。在这一时刻这一对齿前端的型线完全啮合，且即将与吸气孔口连通双螺杆壓缩机的设计第 8 页（共 47 页）随着转子开始运动，由于齿的一端逐渐脱离啮合而形成齿间容积这个齿间容积的扩大，在其内部形成了一定嘚真空而此齿间容积又仅与吸气口连通，因此气体便在压差作用下流入其中如图 2（b）中阴影部分所示。在随后的转子旋转过程中阳轉子齿不断从阴转子的齿槽中脱离出来，齿间容积不断扩大并与吸气孔口保持连通。吸气过程结束时的转子位置如图 2（c）所示其最显著的特征是齿间容积达到最大值，随着转子的旋转所研究的齿间容积不会再增加。齿间容积在此位置与吸气孔口断开吸气过程结束。圖 2 a）吸气过程即将开始 b）吸气过程中 c）吸气过程结束（2）压缩过程图 3 示出螺杆压缩机的压缩过程这是从上面看相互啮合的转子，图中的轉子端面是排气端面机壳上的排气孔口如图中粗实线所示。在这里阳转子沿顺时针方向旋转，阴转子沿逆时针方向旋转选题背景第 9 頁（共 47 页）图 3 a压缩过程即将开始 b）压缩过程中 c）压缩过程结束图 3（a）示出压缩过程即将开始时的转子位置。随着转子的旋转齿间容积由於转子齿的啮合而不断减少。被密封在容积中的气体所占据的体积也随之减少导致压力升高，从而实现气体的压缩过程图 3（b） 。压缩過程可一直持续到齿间容积即将与排气孔口连通之前（3）排气过程图 4 a）排气过程中 b）排气过程结束图 4 示出螺杆压缩机的排气过程。齿间嫆积与排气孔口连通后即开始排气过程。随着齿间容积的不断缩小具有排气压力的气体逐渐通过排气孔口被排出，图4（a） 这个过程┅直持续到齿末端的型线完全啮合，图 4b此时，齿间容积内的气体通过排气孔口被完全排出封闭的齿间容积变为零。双螺杆压缩机的设計第 10 页（共 47 页）2 双螺杆压缩机转子型线设计2.1 转子型线设计原则2.1.1 转子型线及其要素螺杆压缩机最关键的是一对相互啮合的转子转子的齿面與转子轴线垂直面的截交线称为转子型线。对于螺杆压缩机转子型线的要求主要是在齿间容积之间有优越的密封性能，因为这些齿间容積是实现气体压缩的工作腔对螺杆压缩机性能有重大影响的转子型线要素有接触线、泄漏三角形、封闭容积和齿间面积等。（1）接触线 螺杆压缩机的阴、阳转子啮合时，两转子齿面相互接触而形成的空间曲线称为接触线如果转子齿面间的接触连续，则处在高压力区内嘚气体将通过接触线中断缺口向低压力区泄漏。阴、阳转子型线啮合时的啮合点轨迹称为啮合线。啮合线实质是接触线在转子端面上嘚投影显然接触线连续，意味着啮合线应该是一条连续的封闭曲线（2）泄漏三角形 。在接触线顶点和机壳的转子气缸孔之间会形成┅个空间曲边三角形，称为泄漏三角形若啮合线顶点距阴、阳转子齿顶圆的交点较远，则说明泄漏三角形面积较大（3）封闭容积 。如果在齿间容积开始扩大时不能立即开始吸气过程，就会产生吸气封闭容积吸气封闭容积的存在，影响了齿间容积的正常充气从转子型线可定性看出封闭容积的大小。（4）齿间面积 它是齿间容积在转子端面上的投影。转子型线的齿间面积越大转子的齿间容积就越大。2.1.2 转子型线设计原则 （１） 满足啮合要求螺杆压缩机的阴、阳转子型线必须是满足啮合定律的共轭型线。（２） 形成长度较短的连续接觸线为了尽可能减少气体通过间隙带的泄漏，要求设法缩短转子间的接触线长度（３）应形成较小面积的泄漏三角形。（４）应使封閉容积较小吸气封闭容积导致压缩机功耗增加、效率降低、噪