涡旋压缩机研究：基于运动学的固有耦合机理分析
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更新于2024-08-11
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"涡旋压缩机是制冷和空调系统中广泛应用的一种压缩设备，其工作原理依赖于一对涡旋型线的相对运动。本文主要关注的是基于运动学的涡旋型线固有耦合机理，这是涡旋压缩机性能优化的关键因素之一。涡旋型线的设计直接影响到压缩机的效率、稳定性以及振动特性。
涡旋型线节点是本文提出的新概念，它是型线在运动过程中形成的关键点，这些节点处会发生显著的速度和加速度突变。这些突变是导致涡旋压缩机运动不平稳、振动和能量损失的主要原因。通过微分几何理论，作者王立存和陈进深入剖析了这些节点的速度和加速度变化，揭示了它们与型线几何特征之间的紧密关系。
文中提到的“特征几何边数”是指构成涡旋型线的边的数量，这与型线的复杂程度和曲率变化有关。随着特征几何边数的增加，型线的曲率半径变化减小，这意味着速度突变也会相应减小。这样的改变有助于改善涡旋压缩机的运动平稳性，减少振动和能量损失。当特征几何边数趋于无穷大时，曲率半径趋近于零，速度突变也接近于零，此时涡旋压缩机的工作状态最为理想，振动和能量损失最小。
相反，如果特征几何边数减少，曲率半径的变化会增大，导致速度突变加剧，这将使得涡旋压缩机的运动变得不稳定，振动和能量损失也随之增加。这一发现对涡旋压缩机的型线设计提供了重要的指导，设计师可以通过调整型线的几何参数来优化压缩机的性能，降低振动，提高能效。
这篇2007年的论文《基于运动学的涡旋型线固有耦合机理研究》对理解涡旋压缩机的工作原理和设计优化具有重要意义。它不仅提出了涡旋型线节点的概念，还通过微分几何理论证实了涡旋型线固有耦合机理，并给出了特征几何边数与压缩机性能之间的定量关系。这对于提升涡旋压缩机的技术水平和推动相关工程技术的发展起到了积极作用。"
中国机械工程第
18
卷第
14
期
2007
年
7
月下半月
基于运动学的涡旋型线固有搞合机理研究
王立存陈进
重庆大学机械传动国家重点实验室，重庆，
400030
摘要:在涡旋压缩机型线设计研究中，针对涡旋型线暂嗤合角固有搞合机理理论，提出了涡旋型线
节点的概念，分析了涡旋型线节点的速度突变和加速度突变，通过微分几何理论分析并证明了涡旋型线
固有搞合机理理论的正确性。结果表明:当特征几何边数增加时，曲率半径变化随之变小，速度突变相
应随之变小，涡旋压缩机运转趋于平稳，振动和能量损失变小;当特征几何边数趋于无穷大时，曲率半径
和速度突变趋向于零，涡旋压缩机运转最平稳，振动与能量损失最小;反之，特征几何边数减小时，曲率
半径变化随之变大，速度突变大，涡旋压缩机运转不平稳，振动与能量损失变大。
关键词:涡旋型线;藕合机理;型线节点;速度突变
中图分类号
:TH45
文章编号
:1004--132X(2007)14--1714
→
04
A
Study
of
Scroll
Profile
Coupling
Mechanisrn
ßased
on
Kinernatics
Theory
Wang
Licun
Chen
Jin
State
Key
Laboratory
of
Mechanic
Transmission
,
Chongqing
U
niversity
,
Chongqing
,
400030
Abstract:
In
the
profile
study
of
scroll
compressor
,
aiming
at
the
scroll
profile
coupling
mecha-
nism
,
the
conception
of
scroll
profile
node
was
presented.
Velocity
mutation
and
acceleration
mutation
of
scroll
profile
node
were
analyzed.
Correctness
of
coupling
mechanism
was
proved
through
differen
tial
geometry
theory.
As
the
increasing
of
edge
number
of
characteristic
geometry
,
the
radius
of
curva
ture
change
and
the
velocity
mutation
decrease
with
it.
Movement
of
scroll
compressor
tends
to
be
steady
and
vibration
and
energy
loss
decrease.
When
the
edge
number
of
characteristic
geometry
tends
towards
infinitude
,
movement
of
scroll
compressor
tends
to
be
steadiest
and
vibration
and
energy
loss
decrease
least.
Contrarily
,
as
the
decreasing
of
edge
number
of
characteristic
geometry
,
the
radius
of
curvature
change
and
the
velocity
mutation
increase
with
it.
Key
words:
scroll
profile;
coupling
mechanism;
profile
node;
velocity
mutation
O
引言
1905
年法国工程师
Creux
提出了涡旋原
理[汀，
20
世纪
70
年代末以来，数控加工技术的发
展使得涡旋型线的加工成为可能凶。相对于其他
类型的压缩机，涡旋压缩机具有结构紧凑、高效节
能、微振低噪、高可靠性等诸多优点
[313]
，在制冷
和空调等领域被广泛应用。
各种涡旋型线如圆的渐开线、阿基米德螺线、
代数螺线、半圆渐开线、正(偶)多边形渐开线等，
在理论上讲，均符合啃合原理，都可以构成涡旋型
线。文献
[3J
针对多种型线涡旋压缩机在工作运
行时性能存在巨大差异、加工方法有易有难的情
况，提出了涡旋型线固有搞合机理理论，通过研究
涡旋型线几何特性和内在搞合机理来证明哪种型
线所构成的压缩机具有更加紧凑的结构和良好的
工作特性，以提前区分型线性能优劣，减少不必要
收稿日期
:2006-05-22
基金项目
z
国家自然科学基金资助项目
(50475063);
高等学校博
士学科点专项科研基金资助项目
(20030611002);
重庆大学研究
生科技创新基金资助项目(
200609YIA0030162)
•
1714
•
的浪费，节省时间和节约资金。本文针对涡旋型
线固有搞合机理理论，从运动学角度和微分几何
理论角度对其进行深入研究，通过微分几何理论
分析证明了涡旋型线固有搞合机理理论的正
确性。
1
型线固有糯合机理
对于任意多边形渐开线涡旋型线阳，以静涡
旋盘特征几何中心。
1
为中心做直角坐标系，如图
1
所示。图中，
a
为静涡旋盘
;b
为动涡旋盘;
1
为暂
啃合区域始点时的动涡旋盘位置
;2
为暂啃合区
域终点时的动涡旋盘位置
;α
为静涡盘暂渐开角;
卢为动涡盘暂渐开角
;Y
为暂啃合角。
在以静涡旋盘的特征几何中心为原点的直角
坐标系中，动涡旋盘围绕静涡旋盘做公转平动。在
动涡旋盘围绕静涡旋盘啃合转动的任一时刻，动
涡旋盘和静涡旋盘的啃合点处所对应的各自渐开
线的渐开中心即为暂渐开中心，此时静涡旋盘的
暂渐开中心为
A
点，动涡旋盘的暂渐开中心为
B
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