燃料电池汽车是未来新能源汽车的发展方向。但是由于技术和成本方面的因素制约,现在还没有广泛应用。在燃料电池汽车中的各项技术中,车载供气模块是其关键技术之一。而作为供气模块主体的涡旋压缩膨胀一体机,满足燃料电池系统全无油、体积小、噪音低等特点,除此之外,一体机还集成了尾气能量回收装置。本文以某公司燃料电池汽车动力系统项目开发为背景,承担设计一款用于供气和尾能量回收的无油涡旋压缩膨胀一体机的工作。围绕设计目标,开展如下研究工作:在无油涡旋压缩膨胀一体机的技术要求下进行方案分析与设计。理论方面,进行涡旋型线的设计与齿头修正、工作面积容积求解、容积比压力比的求解、动平衡的设计等,并对一体机工作中重要的温度和传热因素进行分析,设计了散热方案。在理论分析的基础上对关键部件进行受力分析,并建立力学模型。结构方面,在技术指标前提下做设计分析和计算,对不同结构进行详细分析,确定各部分的结构形式,确定设计参数,进行完整的结构设计。对一体机中最关键的动、定涡旋盘进行有限元仿真。分析了在特定气体载荷与温度载荷耦合作用下涡旋齿的形变与应力的变化,并在气体、温度载荷变化的情况下,研究其形变的变化规律。被压缩的气体对涡旋齿产生气体力载荷,由气体被压缩、动静盘间的摩擦产生的温度载荷,会引起动盘的热变形与热应力。结果表明,温度载荷是影响涡旋齿变形的主要因素;耦合作用下涡旋齿最大变形发生在涡旋齿头顶部。变形与应力值均在允许范围内。