热泵干衣机配套压缩机结构设计与动态分析

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滚动转子式压缩机是一种利用工作容积作旋转运动的容积式气体压缩机械。压缩机是热泵型干衣机的核心部件,它的质量决定了干衣机的能耗经济性和使用寿命。本文针对国内较为先进的39FOH3G型滚动转子式压缩机,通过热力计算确定基础参数,对压缩机结构进行强度校核与动态分析,为产品性能优化和结构修改提供了参考依据。首先,概述了压缩机整体结构设计的基本原则,计算了压缩机的热力参数、容积参数以及热能效率。对四种制冷剂R22、R410a、R407c、R134a的性能参数进行比较分析,依据热泵干衣机安全性能要求,确定R134a制冷剂,进而得到各循环特征点的状态参数,并作了循环p-h图,计算了压缩机的气缸容积,分析了系统的热能效率。其次,概述了滚动转子式压缩机结构、工作原理,计算了基本结构参数。确定气缸半径为20mm,径向间隙为0.01mm,偏心距为31.6mm,转子外径为15.8mm。优化上法兰排气口与气缸斜切口的径向位置,选取排气口为D型口,非对称滑片厚度为2.5mm。选取曲轴材料为球墨铸铁QT740-3,设计曲柄销直径15mm,主轴颈16.5mm,轴颈长10mm,曲柄厚度10.05mm、宽度15.8mm。对曲轴受力情况进行了分析,通过计算得到曲轴的最小尺寸为15mm,符合设计要求。再次,应用Solidworks软件对滚动转子式压缩机的零部件进行了三维绘图。在绘制模型时,在不改变有效性的前提下,对三维模型进行了必要的简化,忽略部分圆角、倒角等,简化三维实体模型有利于后期有限元时网格的划分,提高网格质量,可以大大简化计算机运算过程,提高计算效率。利用软件中装配体的配合特征,可以方便地将零件装配到合适的位置,模拟压缩机真实的组装过程,生成整机装配效果图。Solidworks软件还可以将装配体分解成爆炸图,爆炸图就是将单个装配体按照装配顺序进行拆分的动态过程,该过程还可以运用软件将形成的动画记录下来,方便以后的观看。通过计算机模拟装配,明确了压缩机设计的装配过程,验证结构设计的合理性,利用Solidworks强大的绘图功能,大大降低了技术人员的劳动强度,做到了事半功倍的效果。最后,应用Ansys软件对滚动转子式压缩机及曲轴进行了动态分析,采用振动模态实验方法测试了压缩机固有频率等模态参数。在Ansys软件中建立曲轴的三维模型,通过对曲轴进行网格划分和施加边界条件,进行曲轴进行静态强度分析,分析了曲轴的变形及应力云图,第三章主要对曲轴进行强度计算,结果表明,曲轴的强度满足设计和运行工况的要求。通过对曲轴进行模态分析,计算得到曲轴的前9阶自由振动模态,分析了曲轴各阶模态的振型图及固有频率。通过对曲轴进行模态分析用来预测压缩机各零部件之间动态干扰的可能性,通过合理的结构设计可以避免产生共振,为曲轴的优化设计提供了有利的理论依据。利用压缩机模态测试实验设备对滚动转子压缩机进行整机的模态测试实验,分别在15、20、100、150(Hz)四个频率下进行振动测试,通过测试发现压缩机在稳定工况下运行时,激振频率值在前两阶固有频率值之间,不会引起压缩机共振。通过对整机前6阶的有限元模态分析,发现在储液器连接处出现较大振幅。
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