【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及涡旋压缩机领域，尤其涉及一种采用加速螺旋线构建变截面涡旋齿型线的设计方法。
技术介绍
1、以共轭型线啮合与腔体容积变化为工作原理的涡旋压缩机，因具有结构紧凑、微振低噪和高效节能等诸多优点，既能保证节约能源又能满足环保要求，被广泛应用于空调、工业、医疗、各种气体压缩、制冷、食品、中低温余热回收和利用等领域。近年来，汽车用涡旋压缩机的相关研究如火如荼，尤其是随着新能源汽车的兴起与蓬勃发展，涡旋压缩机的应用前景更加广阔。涡旋压缩机主要由动涡旋齿、静涡旋齿、支架、防自转机构和曲轴等零部件组成，是一种借助于“月牙形”腔体容积变化来实现气体压缩的流体机械。在工作过程中，大部分能量损失发生在动、静涡旋齿上，而动、静涡旋齿的齿廓又由型线构成，因此型线的设计是决定涡旋压缩机性能的关键因素。
2、现有的型线分为等截面和变截面型线两大类，与等截面型线相比，变截面型线具有圈数少、泄漏线长度短、工质在腔体内停留时间短等优点。然而，目前变截面型线却存在两个不足：一是曲线的类型不同，二是均引入了高次曲线。曲线类型不同会导致型线的设计和加工较为复杂，而高次曲线的引入又会使变截面型线在实际应用中困难重重。
技术实现思路
1、本专利技术实施例提供了一种采用加速螺旋线构建变截面涡旋齿型线的设计方法，以解决传统变截面型线使用高次曲线导致的设计和加工复杂，不利于技术实施的问题。
2、第一方面，为了解决上述技术问题，本专利技术实施例提供了一种采用加速螺旋线构建变截面涡旋齿型线的设计方法，
3、s01、绘制以ρ为极径的加速螺旋线；
4、加速螺旋线的型线方程为：
5、
6、式中，k为加速指数，a为螺旋线系数，为终端展角。
7、其中，以ρ为极径的加速螺旋线ab段所在区间为bc段区间为cd段区间为n1为螺旋线圈数；
8、s02、取极径为ρ*的加速螺旋线b*c*旋转后得到的曲线为来替换极径为ρ加速螺旋线中的bc段；
9、曲线b*c*的型线方程为：
10、
11、式中，为起始角，n2为螺旋线圈数。
12、其中，用ρ*加速螺旋线在区间内的b*c*段来替换ρ加速螺旋线在区间内的bc段，所以为保证曲线b*c*经顺时针旋转角度后能以较少圈数代替bc段，并使b*点、c*点与b点及c点重合，各参数间须满足如下约束条件1，
13、约束条件1：
14、
15、曲线b*c*经旋转后得到的曲线为用该曲线替换圈数较多的曲线bc，故型线方程为：
16、
17、为使3段加速螺旋线在连接点处平滑连接，须对点和点进行处理，使其具有公共的法线。记曲线在点的切线斜率为k1，曲线在点的切线斜率为k2，两曲线在连接点处切线夹角为φ1。记曲线在点的切线斜率为k3，曲线d在点的切线斜率为k4，两曲线在连接点处切线夹角为φ2，则须满足如下约束条件2，
18、约束条件2：
19、
20、
21、φ1＝arctan|(k1-k2)/(1+k1k2)| (7)
22、
23、
24、
25、式中，分别表示点横、纵坐标值；
26、s03、将s02型线替换完成后，新构建的变截面型线母线为3段加速螺旋线，即曲线和依次顺接，变截面型线母线型线方程分别为：
27、
28、
29、
30、式中，bx、by分别表示b点横、纵坐标值，分别表示点横、纵坐标值；
31、s04、s03变截面型线母线型线设计完成后，利用螺旋线型线的包络线构造出对称型的动、静涡旋齿。
32、可选的，上述步骤s04包括：
33、s041、以螺线上的点为圆心，在螺线内侧(或外侧)以回转半径ror作公转平动而形成包络线，其包络方程为：
34、
35、其中，未知变量β可根据包络线理论求解。根据微分几何理论可知，要使平面曲线族的包络线存在，须使雅可比行列式等于零，即
36、
37、将式(11)～(13)分别带入式(15)消参得
38、
39、s042、根据s041，对于加速螺旋线构成的对称型动、静涡旋齿，其内外壁型线方程为：
40、
41、
42、
43、式中，取“+”时代表动涡旋齿，取“-”时代表静涡旋齿；i与o分别代表涡旋齿的内、外壁；λ为常数，当下标为i时，λ取值为2；当下标为o时，λ取值为1。
44、可选的，在上述步骤s04之后，还包括步骤s05和步骤s06；
45、s05、3段加速螺旋线变截面型线母线设计完成后，将3段加速螺旋线的母线作为静涡旋齿的外壁型线，其型线方程为：
46、
47、
48、
49、式中，下标f表示静涡旋齿，下标o表示外壁型线；
50、s06、根据静涡旋齿外壁型线和动涡旋齿内壁型线必须是法向距离为ror的两条等距线，得到动涡旋齿内壁型线方程为：
51、
52、
53、
54、式中，ror为回转半径，下标m表示动涡旋齿，i表示内壁型线。
55、可选的，在上述步骤s04之后，所述方法还包括步骤s07和步骤s08；
56、s07、由于动涡旋齿为等截面，故令动涡旋齿的壁厚为常数t，得动涡旋齿外壁型线方程为：
57、
58、
59、
60、s08、由于静涡旋齿为变截面，且静涡旋齿内壁型线和动涡旋齿外壁型线也必须是法向距离为ror的两条等距线，同理得到静涡旋齿内壁型线方程为：
61、
62、
63、
64、其中，下标f表示静涡旋齿，下标o表示外壁型线；ror为回转半径，下标m表示动涡旋齿，下标i表示内壁型线。
65、第二方面，本申请实施例提供了一种采用加速螺旋线构建变截面涡旋齿型线的设计方法设计的涡旋齿，该涡旋齿基于上述第一方面的方法得到。
66、第三方面，本申请实施例提供了一种涡旋压缩机或涡旋膨胀机，其使用上述第二方面的涡旋齿。
67、本专利技术的有益效果：
68、1.传统变截面型线在构建时往往会引入高次曲线，但此曲线的引入会存在如下弊端：(1)高次曲线在加工时，需要对走刀路线和刀具路径进行设计，所以加工难度较高；(2)在型线设计中当参数部分或全部发生变化时，高次曲线中的待定系数就需要重新进行计算，易导致型线设计过程复杂，在连接点处不能很好的衔接。本专利技术提出了一种新的变截面涡旋型线组合方式，即3段加速螺旋线组合，该型线不但能兼顾传统变截面型线的优势，弥补型线设计与本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种采用加速螺旋线构建变截面涡旋齿型线的设计方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，上述步骤S04包括：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在上述步骤S04之后，所述方法还包括步骤S05和步骤S06；
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在上述步骤S04之后，所述方法还包括步骤S07和步骤S08；
5.使用权利要求1至4中任一项的采用加速螺旋线构建变截面涡旋齿型线的设计方法设计的涡旋齿。
6.使用权利要求5中涡旋齿的涡旋压缩机。
【技术特征摘要】
1.一种采用加速螺旋线构建变截面涡旋齿型线的设计方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，上述步骤s04包括：
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在上述步骤s04之后，所述方法还包括步骤s05和步骤s06；<...
【专利技术属性】
技术研发人员：侯才生，丁鹏飞，虎晓春，张祥，付亚龙，
申请(专利权)人：宁夏大学，
类型：发明
国别省市：
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