机械毕业设计1091螺杆空气压缩机设计正文

计算机辅助设计的简要历史

在我们讲述CAD的基本理论之前,先说说他的简史是比较合适的。CAD 是计算机时代的产品.它从早期的计算机绘图系统发展到现在的交互式计算机图形学.两个这样的系统包括:麻省理工学院的Sage Project及Sketchpad。Sage Project旨在开发CRT显示器及操作系统. Sketchpad是在Sage Project下发展起来的.CRT显示和光笔输入用于与系统进行交互操作.CAD与初次出现的NC和APT(自动编程工具)碰巧同时出世.后来,X-Y绘图仪作为计算机绘图的标准硬拷贝输出装置使用,一个有趣的现象是X-Y绘图仪与NC钻床具有相同的基本机构,除了绘图笔NC机床上的主轴刀具替代之外。

开始，CAD系统仅仅是一个带有内置设计符号的绘图编辑器，供用户使用的几何元素只有直线、圆弧、以及两者的组合。自由曲线及其曲面的发展，如昆氏嵌面、贝塞尔嵌面以及B-样条曲线，使CAD系统可用于复杂曲线与曲面设计。三维CAD系统允许设计者步入三维设计空间。由于一个三维设计模型包含了NC刀具路径编程所需的足够信息，所以能够开发CAD与NC之间联系的系统。所谓交钥匙的CAD/CAM系统便是根据这一概念开发的，并从20世纪70年代至80年代流行起来。

20世纪70年代，三维实体建模的发明标志着CAD一个新时代的开始。过去的三维线框模型仅用其边界来表达一个物体。这在某种意义上是模糊的，一个简单的模型可能有几种解释。同时也无法获得一个模型的体积信息。实体模型包含完整的信息，因此，它们不仅可用于生成工程图，而且也可在同一模型上完成工程分析。后来，开发了许多商业系统和研究系统。这些系统中相当多的是基于PADL和BUILD系统。尽管它们在表达上是强有力的，但仍然存在许多缺陷。例如，这种系统要有极强的计算能力和内存需求，非常规的物体建模方式以及标注公差能力的缺乏，这一切已阻碍了CAD应用。直到20世纪80年代中期，实体建模开始介入设计环境。今天实体建模的应用如同绘图和线框模型应用一样普遍。

在个人计算机上，CAD已走向大众化。这种发展使CAD应用面广并且很经济。CAD原本作为一种工具仅被航空和其它主要工业企业使用。诸如AutoCAD、VersaCAD、CADKEY等个人机CAD软件包的引入，使小型公司乃

至个人可以拥有并使用CAD系统。到1988年为止已销售10万个以上的PC CAD 软件包。今天，基于个人计算机的实体建摸的PC CAD易于获得，并且销售变得更为普及。由于微型计算机的迅速发展使得个人计算机能够承受实体模型需要的大量计算负荷，所以如今许多实体模型在PC机上运行，并且作为平台已不成为一个问题。随着标准图形用户界面的发展，CAD系统可以很容易地从一台计算机传送，大多数CAD系统都能在不同平台上运行。在大型计算机、工作台和基于个人计算机的CAD系统之间几乎没有区别。

计算机辅助设计的结构

一个CAD系统包含三个主要部分：

（1）硬件计算机及输入/输出装置。

（2）操作系统软件。

（3）应用软件CAD软件包。

硬件主要用于支持软件功能。在CAD系统中使用着种类繁多的硬件。操作系统软件是CAD应用软件与硬件之间的界面。操作系统软件管理着硬件运行并提供许多诸如创建和取消操作任务、控制任务的进程、在任务间分配硬件资源、提供通向软件资源，如文件、编辑器、编译和应用程序的通道等基本功能。这不仅对CAD软件很重要，而且对非CAD软件也很重要。

应用软件是CAD系统的核心。它由二维和三维建摸、绘图、工程分析等程序组成。一个CAD系统的功能便建立在应用软件中。正是应用软件使一种CAD 软件包区别于另一种，通常应用软件是依赖于操作系统的。要把在一个操作系统上运行的CAD系统移到另一个操作系统上，并不像编译软件那样微不足道。因此也必须注意操作系统。

计算机辅助设计

计算机辅助设计给了设计者去尝试几个可行的解决方案的能力。通常还需要某些形式的设计分析计算，而为了这一任务已经编写了许多程序。计算机为设计者对所建议的各种结构设计的分析和为最终设计准备正式绘图提供了强有力的工具。

在二维绘图领域中，计算机方法能够提供比传统的纸和笔的方法更有意义、更大成本节约的优点，但是一个CAD系统并不仅是一个电子绘图板。计算机绘图系统可使设计者设计出既快又准确的图形，并且很容易修改。在涉及到重复性工作时，会戏剧性产生复制产品，因为标准图形只要一次构建成功，就可以从图

库中取出。剪切和粘贴技术作为节约劳动力的辅助工具被使用。当几个分项目设计人员从事同一个工程时，要建立中心数据库，使得由某一个人绘的细节图可以很容易地合并到其它不同的装配图中。中心数据库也可作为标准参考零件库使用。

有限元是一项成熟的应力分析技术，它多被土木工程和机械工程所采用。它由将结构划分成有限个的小单元所组成，并计算每一个单元之间的作用力。如果被分割的单元足够小，就能对一个结构或实体的内部应力获得一个好的估计。这些计算机设计惯用于大型结构物的设计，诸如船体、桥梁、飞机机身和海面油井平台。汽车工业也使用类似的方法来设计和制造车身。

二维绘图

CAD使多视图的二维绘图成为可能，视图空间可以从微米到米的比例范围内无限变化。它提供给机械设计师放大的功能，即使在恰当配合的装配零件中最小的零件也能看清楚，设计程序甚至能自动辨认CAD装配图中的潜在问题。针对具有不同特征的零件，如运动的或静止的，在显示时可以被指定成不同的颜色。为了有利于工程设计的变化，可使用带有自动尺寸变化的系统对零件进行尺寸标注。

三维绘图

随着三维建模的出现，设计者具有了更多的自由度。他们可以生成三维零件图并且可以无限制地修改以获得所需的结果。通过有限元分析，应力加到计算机模型上，并且以图形化的方式显示其结果，在产品物理模型真正产生之前，对设计中的任何内在问题给设计者一个快速的反馈。

三维模型可用线框、曲线或实体方式生成。在线框模型中，直线和圆弧构成了模型边界。结果是一个可以从任何位置观察的三维模型，但仍只是一个框架形式。创建曲面犹如在骨架上包上皮。一旦这样生成后，模型就可以被渲染，使得图形看上去更逼真。曲面模型普遍用于构建板金的展开和重叠以用于制造。

实体模型是最复杂的建模层次，并且用于建立实体模型的程序在一段时期内只用在大型计算机上。只有近年来微型计算机才达到这个能力水平，也可以运行复杂的算法，生成实体模型。计算机“认为”实体模型是一种具有实体质量的模型，所以它可被“钻孔”“加工”“焊接”，好象它是一个实际的零件。它能够由任何材料构成并呈现其材料特性，因此，能够进行质量计算。

计算机辅助绘图的好处

用计算机完成绘图及设计任务的好处是令人难忘的：提高速度、提高准确性、减少硬拷贝存储空间及易于恢复信息、加强信息传输能力、改善传输质量和便于修改。

速度

工业用计算机能以平均每秒3300万次完成一项任务；更新的计算机其速度更快。用计算机计算零件的变形量是一个重要功绩。当理论上的载荷力加到零件上时、通过计算机进行有限元分析或者在监视器上显示一个城市的整体规划时，这两者都是既费时又计算量大的任务。AutoCAD软件可根据需要多次复制所需模型的形状和几何尺寸，快速自动地进行剖面填充及尺寸标注。

准确

AutoCAD程序依靠操作系统及计算机平台每点具有14位的精度。这在用数学计算诸如一个圆的线段数、程序必须圆整线段时是十分重要的。

存储

计算机能够在物理空间中存储上千幅图，这空间能够存储上百幅手工图。而且计算机能够很容易地搜索和找到一幅图，只要操作者拥有正确的文件名。

传输

由于计算机的数据是以电子形式存储，它能被送到各种位置。最明显的位置是监视器。计算机可以在屏幕上以不同的方式显示数据，如图形，并能方便地将数据转换成可读图形。这些数据也可被传送给绘图机，打印出常见的图纸，通过直接连接到计算机辅助制造机床或由电话线传到地球的任何地方。你可以不再冒损失或丢失的危险去邮寄图纸，现在图纸可以通过电信网立即发送到目的地。

A Brief History of ＣＡＤ

Before we present the basics of CAD ,it is appropriate to give a brief history . CAD is a product of the computer era. It originated from early computer graphic systems to the development of interactive computer graphics. Two such systems include the Sage Project at the Massachusetts Institute of Technology (MIT) and Sketchpad. The Sage Project was aimed at developing CRT displays and operating systems. Sketchpad was developed under the Sage Project. A CRT display and light pen input were used to interact with the system. This coincidentally happened at about the same time that NC and APT(Automatically Programmed Tool)first appeared. Later, X-Y plotters were used as the standard hard-copy output device for computer graphics. An interesting note is that an X-Y plotter has the same basic structure as a NC drilling machine except that a pen is substituted for the tool on NC spindle.

In the beginning, CAD systems were no more than graphics editor with some built-in design symbols. The geometry available to the user was limited to lines, circular arcs, and the combination of the two. The development of free-form curves and surfaces, such as Coon’s patch, Bezier’s patch, and B-spline, enable a CAD system allow to be used for sophisticated curves and surface design. Three-dimensional CAD system allow a designer to move into the third dimension. Because a three-dimensional model contains enough information for NC cutter-path programming, the linkage between CAD and NC can be developed. So called turnkey CAD/CAM systems were developed based on this concept and became popular in the 1970s and 1980s.

The 1970s marked the beginning of a new era in CAD-the invention of three-dimensional solid modeling. In the past, three-dimensional, wire-frame models represented an object only by its bounding edges. They are ambiguous in the sense that several interpretations might be possible for a single model. There is also no way to find the volumetric information of a model. Solid models contain complete information; therefore, not only can they be used to produce engineering drawing, but engineering analysis can be performed on the same model as well. Later many

commercial systems and research systems were developed. Quite a few of these systems were based on the PADL and BUILD systems. Although they are powerful in representation, many deficiencies still exist. For example, such systems have extreme computation and resource (memory) requirements, an unconventional way of modeling object and a lack of tolerance capability have all hindered CAD applications. It was not until the mid-1980s that solid modelers made their way into the design environment. Today, their use is as common as drafting and wire-frame model applications.

CAD implementations on personal computers (PCs) have brought CAD to the masses. This development has made CAD available and affordable. CAD originally was a tool used only by aerospace and other major industrial corporation. The introduction of PC CAD packages, such as, AutoCAD, VersaCAD, CADKEY, and so on, has made it possible for small companies and even individuals to own and use CAD systems. By1980, more than 100,000 PC CAD packages had been sold. Today PC-based solid modelers are available and are becoming increasingly popular. Because rapid developments in microcomputers have enabled PCs to carry the heavy computational load necessary for solid modeling, many solid modelers now run on PCs, and the platform has become less of an issue. With the standard graphics user interface (GUI), CAD systems can be ported easily from one computer to another , Most major CAD systems are able to run on a variety of platforms. There is little difference between mainframe, workstation, and PC-based CAD systems.

The Architecture of CAD

A CAD system consists of three major parts:

(1)Hardware computer and input/output(I/O)devices.

(2)Operating system software.

(3)Application software CAD package.

Hardware is used to support the software functions. A wide range of hardware is used in CAD systems. The operating system software is the interface between the CAD application software and the hardware. It supervises the operation of the hardware and provides basics functions such as creating and removing operation tasks, and providing access to software resources such as files, editors, compilers and utility

programs. It is important not only for CAD software, but also for non-CAD software.

The application software is the heart of a CAD system. It contains of programs that do 2-D and 3-D modeling, drafting, and engineering analysis. The functionality of a CAD system is built into the application software. It is application software that makes one CAD package different form another. Application software is usually operating-system-dependent. To transport a CAD system running in one operating system to another operating system is not as trivial as recompiling the software. Therefore, attention must be given to the operating system as well.

Computer Aided Design

Computer aided design gives the designer the ability to experiment with several possible solutions. Usually some forms of design analysis calculations need to be done and many programs have been written for this task. The computer provides the designer with a powerful tool for analyzing proposed designs and for preparing formal drawing of the final design.

Two-dimensional drawing is one area in which computer methods can off significant, quantifiable cost advantages over traditional paper and pen methods, but a CAD system is not just an electronic drawing board. Computer drawing systems enable designers to produce fast accurate drawings and easily modify them. Draught productivity rises dramatically when repetitive work is involved, since standard shapes are constructed only once and can be retrieved from a library. Cut and paste techniques are used as labor-saving aids. When several detail drawn by one person can be easily incorporated into different assemble drawing. This central database also serves as a library of standard preferred computers.

Finite element is a sophisticated stress analysis technique much used by civil and mechanical engineers. It consists of dividing a structure into small, but finite, components and calculating the force between each element. If the elements are small enough, a good estimate of the internal stresses in a structure or solid body can be obtained. These computer techniques are routinely used in the design of large structure such as ship hulls, bridges, aircraft fuselages and offshore oil rig. The motor car industry also uses similar methods for design and manufacture of car bodies.

Two-dimensional Drawings

CAD makes possible multiview 2D drawing, with an endless possibility of views in range of scales from microns to meters to meters. It gives the mechanical designer the ability to magnify even the smallest of components to ascertain if the assembled components fit properly and even to design programs to identify automatically potential problems in CAD assembly. Parts with different characteristics, such as movable or stationary, can be assigned different colors on the display. Parts can be dimensioned with automatic dimensioning changes, allowing for expedient engineering design changes.

Three-Dimensional Drawings

Designers have even more freedom with the advent of 3D modeling. They can 3D parts and manipulate them in endless variations to achieve the desired results. Through finite element analysis FEA), stress can be applied to a computer model and the results graphically displayed, giving the designer guick feedback on any inherent problems in a design before the creation of a physical prototype.

3Dmodels can be created in wire-frame, in surfaces or in solid form. In wire-frame, lines and arcs form edges that generate the model. The result is a 3D form that can be viewed from any location but still only a skeletal form. Creating a surface stretches a skin over the skeleton (Fig.8-1b).Once this is done, the model can be rendered so that it appears more tangible. Surface models are commonly used in the creation of sheet metal developments that can be unfolded for manufacture.

Solid models are the most complex level of modeling and while the programs to create them have been available for some time on large mainframe computers, it is only recently that microcomputers have reached a level of power that allows the running of the sophisticated algorithms needed to create solid model（Fig.8-2）. The computer “thinks” the solid is sold mass so it can be “drilled”, “machined,”or “welded” as if it were an actual physical part. It can be made out of any material’s characteristics, thereby allowing calculations of mass to be made.

CAD’S Benefits

The benefits of computer use in drafting and design tasks are impressive: increased speed, greater accuracy, reduction of hardcopy storage space as well as better recall, enhanced communication capabilities, improve quality and easier

modification.

Speed

A person computer used in industry can perform a task at an average rate of 33 million operations per second; newer computer are even faster. This is an important feat when using it to calculate the amount of deflection of a component, when theoretical physical forces are applied to it, through finite element analysis(FEA) or when displaying an entire city plan on a monitor, both of which are time-consuming and calculation-intensive tasks. AutoCAD software can duplicate any geometry as many times as required and can also perform crosshatching and dimensioning automatically and equally as fast.

Accuracy

The AutoCAD program has an accuracy of 14 significant digits of precision for each point, depending on the operating system and computer platform. This extremely important when the program must round off numbers during mathematical calculations such as segmenting a circle.

Storage

The computer can store thousands of drawings in the physical space that it would take to store hundreds of manual drawings. Also, the computer can search and find a drawing with ease, as long as the operator possesses the correct.

Communication

Because the computer’s data is stored in an electronic form, it cam be sent to s variety of locations. The first obvious location is the monitor. The computer can display the data on the screen in different forms such as graphics, easily converting the data into readable drawing. The data can also be a plotter to produce the familiar paper drawing, via a direct link to a computer-aided manufacturing (CAD) machine or via telephone to anywhere around the globe. You no longer have to mail drawing, risking damage and loss; they can not be at their destination instantly via the telecommunications network.

第一章. 引言

目前，容积式压缩机的全球年产量为1.5亿余台，其中大多数被应用于空气动力和制冷系统。过去的30年间，转子型线的改进使螺杆压缩机内部泄漏彻底减少，同时技术日益成熟的机床可以将形状较为复杂零件的加工公差控制在工程允许的3μm以内，以致传统的往复式压缩机在许多应用领域逐步被螺杆压缩机所替代。人工分析计算的方法是设计者预测压缩机性能的主要手段，并且在此过程中取得了一些技术上的突破，但其适用范围和准确度与现代数控机床和装配过程相比却逊色很多。因此，先进的分析手段增大了技术创新的可能性，进而提高螺杆压缩机的性能，降低制造成本，进一步扩大螺杆压缩机的应用范围。

转子型线的改进依然是提高螺杆压缩机性能最有效的手段，依靠经验确定转子齿型和转子大量采用通用型线的历史将被逐步完善的先进、合理、高效的转子加工工序所改写，从而取得良好的应用成效。另外，改善的压缩机内部流动模型有助于更好地进行孔口设计，轴承负荷及其脉动的准确判定有助于选择更为合适的轴承。最后，如果可以较为准确地估计由于压缩机内部温度及压力变化引起的转子和机壳的扭转变形，我们就可以在机器的加工过程中采取相应的措施以便将温度及压力脉动的不良影响降至最小。本文涵盖了可能引发螺杆压缩机技术创新的最新流动模型与分析方法，以及利用这些手段提高机器性能、扩展应用范围的典型案例。

第二章螺杆压缩机的介绍

一. 发展历程

20世纪30年代，瑞典工程师Alf Lysholm在对燃气轮机进行研究时，希望找到一种作回转运动的压缩机，要求其转速比活塞压缩机高得多，以便可由燃气轮机直接驱动，并且不会发生喘振。为了达到上述目标，他发明了螺杆压缩机。

在理论上，螺杆压缩机具有他所需要的特点，但由于必须具有非常大的排气量，才能满足燃气轮机工作的要求，螺杆压缩机并没有在此领域获得应用。尽管如此，Alf Lysholm及其所在的瑞典SRM公司，对螺杆压缩机在其它领域的应用，继续进行了深入的研究。1937年，Alf Lysholm 在SRM公司研制成功了两类螺杆压缩机试验样机，并取得了令人满意的测试结果。

1946年，位于苏格兰的英国James Howden 公司，第一个从瑞典SRM公司获得了生产螺杆压缩机的许可证。

随后，欧洲、美国和日本的多家公司也陆续从瑞典SRM公司获得了这种许可证，从事螺杆压缩机的生产和销售。最先发展起来的螺杆压缩机是无油螺杆压缩机。

1957年喷油螺杆空气压缩机投入了市场应用。

1961年又研制成功了喷油螺杆制冷压缩机和螺杆工艺压缩机。

过随后持续的基础理论研究和产品开发试验，通过对转子型线的不断改进和专用转子加工设备的开发成功，螺杆压缩机的优越性能得到了不断的发挥。

二. 发展方向

螺杆压缩机广泛应用于矿山、化工、动力、冶金、建筑、机械、制冷等工业部门，在宽广的容量和式况范围内，逐步替代了其它种类的压缩机，统计数据表明，螺杆压缩机的销售量已占其它容积式压缩机销售量的80%以上，在所有正在运行的容积式压缩机中，有50%的是螺杆压缩机。今后螺杆压缩机的市场份额仍将不断的扩大。

为了进一步改善螺杆压缩机的性能，扩大其应用范围，应在以下几个方面作深入研究。

1、在型线啮合特性、转子受力变形和受热膨胀等方面研究的基

础上，创造新的高效型线，以进一步提高螺杆压缩机的效率。

2、分析喷油对、螺杆压缩机工作过程中泄漏、换热和摩擦等方

面的影响机理，使喷油参数的设计从目前的经验设计提高到机理设计和

优化设计。

3、研究吸气和排气过程的流动特性，在流场分析的基础上，进

一步合理配置吸排气孔口和相关连接管道。

4、分析螺压缩机的噪音产生机理，研究型线设计和孔口配置等

因素对噪声指标的影响，从而更有效的降低噪声。

5、研究转子螺旋齿面的加工工艺，除研究高精度和同生产率的

专用设备外，还要研究新型少切削和无切削工艺。

6、扩大螺杆压缩机的参数范围，主要应向小容积流量、高排气

压力方向发展。同时，研究气量调节机构与智能控制系统，提高调节式

况下压缩机运转的经济性，进一步扩大螺杆压缩机的应用范围。

三. 螺杆压缩机的研究意义

压缩机可分二大类，容积式压缩机和动力式压缩机。容积式压缩机又可分往复式和回转式。本可题研究的是螺杆空气压缩机，属于双轴压缩机。螺杆压缩机--是回转容积式压缩机，在其中两个带有螺旋型齿轮的转子相互啮合，从而将气体压缩并排出。

用可靠性高的螺杆式压缩机取代易损件多，可靠性差的活塞式压缩机，已经成为必然趋势。日本螺杆压缩机1976年仅占27%，1985年则上升到85%。目前西方发达国家螺杆压缩机市场占有率为80%，并保持上升势头。螺杆压缩机具有结构简单、体积小、没有易损件、工作可靠、寿命长、维修简单等优点。

螺杆压缩机有双螺杆与单螺杆两种。单螺杆压缩机的发明比双螺杆压缩机晚十几年，设计上更趋合理、先进。单螺杆压缩机克服了双螺杆压缩机不平衡、轴承易损的缺点；具有寿命长，噪音低，更加节能等优点。

相对其他复杂回转机械来说，螺杆压缩机的设计制造还是比较简单的。由于螺杆压缩机的回转运动部件只有两个转子，所以它可以可靠地高速运转。高精度的转子齿型铣削与磨削加工可以较低的成本将齿间间隙控制在30～503μm之间。与早期的机器相比，内部泄漏已经大幅减少。可见，螺杆压缩机已经成为精密、高效的机械，并且能够适用于较大的压力与排量范围。因此，容积式压缩机的大部分市场与应用场合已被螺杆压缩机占据。

螺杆压缩机的发展趋势是在满足性能要求的前提下，减小机器的尺寸。这就意味着需要在保持较高效率的同时尽可能提高转子齿顶速度。在一般的实验中，广泛采用的轴承是滚动轴承，因为与滑动轴承相比，滚动轴承允许更小的间隙。另外，为使吸气与排气孔口处的气流速度降到最低，吸排气孔口需要开设得尽可能大。上述这些设计原则在任何应用场合中都是普遍适用的。与先进的转子型线一样，为了取得螺杆压缩机设计的最大进步，能够将损失降到最低的其他组件的改进也是非常重要的。所以，对转子与机壳之间的间隙进行合理选择也是很有必要的，尤其是在高压端。当间隙较小时，需要采用较昂贵的优质轴承，当通过预紧将间隙控制在允许范围内时，可以采用比较廉价的轴承。螺杆压缩机尤其是喷油螺杆压缩机通常在较高压力差下工作，单级压比较高，产生的轴向力与径向力较大。中小型压缩机一般采用滚动轴承。由于转子中心距受其一定的影响，为设计出满意的产品，滚动轴承的选用及校核也应慎重。值得一提的是，近期研发出的一种摩擦很小的滚动轴承提供了一个不错的选择，详细参见Meyers[37]。通常在转子的高压端设有两个轴承来分别承受轴向力与径向力。

转子间的接触力大小取决于它们之间传递的扭矩，当阴阳转子直接接触时，接触力较大。当压缩机的驱动力矩由阳转子传送时，接触力相对较小。倘若将驱动力矩由阴转子传送，产生的接触力非常大，这是不允许的。

喷入压缩机内的润滑油也有润滑轴承的作用，但是为了尽量减小摩擦损失，轴承的供油与回油系统是独立的。机体上的喷油孔口开设在由热力计算结果得出的气体温度与润滑油温度相等的位置，除此之外，喷油孔口应位于转子螺旋线上方，这样，润滑油可以从阴转子齿顶沿螺旋齿面切线方向进入机体，达到回收所喷入润滑油的动能的目的。

为将吸排气孔口的流动损失降到最低，螺杆压缩机还应符合以下技术指标。进入压缩机的气体的流道应尽量避免弯曲，这就要求吸气孔口要开设在机壳上，另外，尽量扩大进气的流通面积从而降低吸气孔口处的气体流速。排气孔口的尺寸主要是由热力性能所要求的内压力比决定的，还应考虑降低排气流速和降低内部、排气孔口处流动损失的需要。机壳的设计加工要尽量减小其重量，还应配置加强筋以提高高压下的强度。< /p>

虽然螺杆压缩机现在已经是一种发展比较成熟的产品，但由于以计算机建模与数值分析为主的工程科学的介入，我们还可以在设计过程中做出更大的改进，提高效率、减小机器尺寸、降低制造成本等。另外，为了达到最优化的设计，轴承技术与润滑的改善也是十分重要的.

四.螺杆式空压机原理

1.吸气过程：

螺杆式的进气侧吸气口，必须设计得使压缩室可以充分吸气，而螺杆式压缩机并无进气与排气阀组，进气只靠一调节阀的开启、关闭调节，当转子转动时，主副转子的齿沟空间在转至进气端壁开口时，其空间最大，此时转子的齿沟空间与进气口之自由空气相通，因在排气时齿沟之空气被全数排出，排气结束时，齿沟乃处于真空状态，当转到进气口时，外界空气即被吸入，沿轴向流入主副转子的齿沟内。当空气充满整个齿沟时，转子之进气侧端面转离了机壳之进气口，在齿沟间的空气即被封闭。

2、封闭及输送过程：

主副两转子在吸气结束时，其主副转子齿峰会与机壳闭封，此时空气在齿沟内闭封不再外流，即[封闭过程]。两转子继续转动，其齿峰与齿沟在吸气端吻合，吻合面逐渐向排气端移动。

3、压缩及喷油过程：

在输送过程中，啮合面逐渐向排气端移动，亦即啮合面与排气口间的齿沟间渐渐减小，齿沟内之气体逐渐被压缩，压力提高，此即[压缩过程]。而压缩同时润滑油亦因压力差的作用而喷入压缩室内与室气混合。

4、排气过程：

当转子的啮合端面转到与机壳排气相通时，（此时压缩气体之压力最高）被压缩之气体开始排出，直至齿峰与齿沟的啮合面移至排气端面，此时两转子啮合面与机壳排气口这齿沟空间为零，即完成（排气过程），在此同时转子啮合面与机壳进气口之间的齿沟长度又达到最长，其吸气过程又在进行

如今，螺杆机械作为压缩机兼膨胀机被用于不同的场合，其工作介质可以是气体、干蒸汽或在机器内部发生相变的多相混合物等，按照润滑、冷却方式的不同，可以分为喷油式螺杆机械、压缩或膨胀过程中喷入其他流体的螺杆机械，以及干式螺杆机械。机体的几何形状取决于转子齿数、转子齿型还有不同组成齿曲

线构成的齿段的相对比例。实践告诉我们，没有对所有应用场合都十分理想的结构和配置，为了获得最佳的机型，详细的热力学分析与设计参数的变化对机器性能影响的估算都是十分必要的。因此，在最优化分析处理过程中制定严格技术标准是研发一台优良机器的先决条件。同时，这些准则有助于进一步提高现有的螺杆机械设计水平并扩展其应用范围，在市场竞争中争取到更多的优势。

五.螺杆空压机的操作规程

1、注意事项

a.使用空气软管，则尺寸要正确，并适合于所采用的工作压力，不要用已擦伤、损坏或易变形的软管，软管端部的连接件和紧固件的型号和尺寸一定要正确，在崐排出压缩空气时，开口端一定要牢牢把握住，否则软管将会挥舞而致伤人，不要将压缩空气直接对人，使用压缩空气清洁设备时要十分小心，并带上眼罩。

b.不要在有可能吸入易燃或有毒气体的地方操作压缩机。

c.不要在超过铭牌上规定的压力情况下运转，尽可能不要在低于铭牌上规定的压力情况下运转。

d.运转时必须关闭全部车棚边门。

e.定期检查

(a)安全装置的可靠性。

(b)软管的完好程度。

(c)有无泄漏。

(d)所有电气接头应稳固、良好。

2、初次启动前的准备工作

a.卸除木契、垫木与抱箍及支撑。

b.检查接线是否正确。

c.检查电机过载继电器的整定值。

d.检查电气接线是否符合安全规程的要求，绝缘必须接地以防止短路，接电源开关应设在机组附近。

e.往储气罐/油气分离器加油至液面计油位“70”处。

f.接通水路。

g.关闭两个排放阀。

h.接上电源，启动后立即停车，使电机稍微移动一下，检查旋转方向与接筒上的箭头指示方向是否一致，若不一致，则重新接线。

i.机组起动，在空载运行期间检查油是否泄漏后，打开供气阀。

k.逐渐关闭供气阀至压缩机卸荷运行；检查机组是否正常运行在负荷运行期间注意冷凝液是否能自动排放掉，以检验水气分离器中浮球阀工作是否正常。

l.检查压力调节器卸载和负载压力整定值。

m.停车

n.开车10分钟，检查油位，液面计的油位应接近“0”位置。

3、启动前

a.检查油位液面计的油位应接近“0”位置，如需加油可按程序加油。

b.关闭水气分离器，气冷却气排放阀。

4、启动

a.将水路接通。

b.接上电源，启动电机，检查“电源”指示灯是否亮着。

c.按下“启动”按钮，启动后，“启动”指示灯应亮所有其它报警指示灯应熄崐灭。

d.检查油有否泄漏，启动次数一小时内应不超过10次。

e.打开供气阀。

f.按下“加载”，压缩机开始正常运行、供气。

5、运行

要定期进行下列各项检查

a.储气罐/油气分离器中的油位。如油位过低，应加油至运转时处于“0”位置处，加油时应先停车，卸压后方可旋松加油塞加油。

b.供气温度。

c.水气分离器浮球阀，冷凝液自动排放的情况。

d.排气温度应不超过规定值，检查后应将门关上。

e.压力调节器当压缩机工作压力在上限时应卸载在下限时应负载。

6、停车

a.关闭供气阀。

b.按下“卸载”按钮，并至少再运行30秒。

c.按下“停车”按钮“运行”信号灯灭，电机停车。

d.打开排放阀，排放水气分离器和气冷却器中冷凝水。

e.排出冷却器中的冷却水。

第三章参数及选取原则

3.1.型线参数

3.1.1型线种类

转子型线种类对压缩机性能具有重大影响，型种类在于采用不同的组成齿曲线。第一代和第二代转子型线是“线”密封型线。第三代为“带”密封型“带”密封型线的性能明显优于“线”密封型线。特别是高压比工况或转子直径较小的中小型螺杆压缩机中，这种“带”密封型线的优势更加明显。所以在各种类型的螺杆压缩机中，都应尽量采用各具特色的“带”密封型线。

3.1.2转子齿数

在理论上转子齿数是没有限制的。但在实际选择转子齿数时要考虑多种因素，机时这些因素往往是相互冲突的。如：增大面积利用系数会降低压缩机所能随的压差；当所能随的压差增大时，又会影响一压缩机的效率。因此，最终选择方案应根据所设计压缩机的具体应用场合，进行优化选择。

在通常的设计条件下，螺杆压缩机的阴/阳转子的齿数比一般在3/3-10/11之间，最常用的是3/4、4/5、4/6、5/6、5/7、6/8等。

通常转子直径小，就具有泄漏线长度与容积流量之比较小的优点，可使压缩机具有较高的效率。但其抗弯刚度较差。当压差太大时，它将产生较大的弯曲变形，甚至现机体相接触。

直径大的转子抗弯能力强，但泄漏长度也较长，导致压缩机效率差。这种高度方案可适用于压力差较大的场合。

4/6组合方案转子刚度适中，并且阴阳转子的刚度相近，压缩机的效率也高。因此，获得了较为广泛的应用。

在一般螺杆空气压缩机中，新的不对称型线则趋于采用5/6的齿数组合，而在常规的螺杆制冷压缩机中则趋于采用5/7齿数的组合方案。实测性能表明，这两种方案在刚度上也是足够的，并且比4/6组合方案具有更高的效率。

3.1.3齿高半径

随着转子齿高半径的增大，面积利用系数也增大。但过分大的齿高半径，

往往会使阴转子齿根部宽度不足。而过不到预期的加工精度。在一般情况下，齿高半径与转子中心距的比值R/A应在0.15-0.35的范围内。

3.1.4齿顶高

在双边型线中，通过采用恰当的齿顶高，可使阴阳转子的直径相同，十分有利于零件的加工和检验，还能使面积利用系数增大。但转子齿顶高太大时，过大的泄漏三角形面积会使压缩机的效率降低。特别值得指出的是齿顶高还会对阴阳转了之间的力矩分配产生较大的影响。当齿顶高取值不当时，会使作用在阴转上的合力矩太小。并在工况变动时，有可能会使合力矩的方向发生改变，从而产生异常的哭声和振动。在一般的双边型线路，齿顶高H与转子中心距的比值H/A 应在0.005-0.05的范围内

3.2转子结构参数

3.2.1转子直径和长径比

转子直径是关系到螺杆机系列化和零件标准化、通用化的一个重要参数。

以尽可能少的转子直径规格数来满足尽可能广泛的容积流量范围。已有的螺杆压缩机的转子直径范围为40-845mm，便绝大多数压缩机的转子直径小于300mm。

长径比是指转了的工件长度与阳转子走私的比值。由于螺杆压缩机的容积流量与转子直径的平方成正比，使得相邻系列转子直径的容积流量差别较大。特别是在转子直径较大时尤为显著。为此在多个转子直径下，通常采用多个长径比，以变化容积流量范围，以便相邻系列转子直径的容积流量交错相接。

压缩机的长径比通常为0.9-2.0。对容积流量大的压缩机，可选用较高的长径比。这点对喷油机器特别明显，由于转子直径不便取得过大，为了获得的需的容积流量，个别机器的长径比高达2.5以上。

3.2.2导程和和扭转角

当转子的直径和长度相同时，大扭转角对应短导程，小扭转角对应于长导程。内容积比相同的时，具有大扭转角的转子能得到较大的径向和轴向的排气口。

齿顶速较高的时候，由于泄漏损失影响较小而排气损失影响较大，故应采用