罗茨鼓风机由于结构简单、形式多样、工作稳定等特点而在各工业部门广泛使用。叶轮是风机重要的结构件之一,为罗茨鼓风机的稳定运行起到了非常关键的作用。两个叶轮在旋转过程中的配合是确保气体输送效率的前提,气体输送压缩过程的温度升高使叶轮转子外轮廓产生不均匀热变形,配合间隙变化,导致罗茨鼓风机两个叶轮产生局部干涉,加剧局部磨损,甚至咬死。因此控制减小罗茨鼓风机叶轮外轮廓热变形量,使叶轮在实际工况下依然保持稳定,对整体机械设备正常稳定工作有着重要的意义。本文以长沙鼓风机厂有限责任公司生产的S31型罗茨鼓风机叶轮进行热变形分析及优化设计,主要研究内容及成果如下:(1)介绍了罗茨鼓风机中常用的性能评价指标,对叶轮热变形产生机理进行了分析,由于罗茨鼓风机的工作原理决定了其在工作过程中具有较高的温度升高,并随着输送气体压力的升高而升高,因此分析了机械零件热变形理论基础,涉及传热学、弹性理论、热弹性理论、材料热膨胀理论等;(2)建立了 S31型罗茨鼓风机整机的三维模型,并分析了 S31型罗茨鼓风机的结构特点,建立了 S31型罗茨鼓风机叶轮的有限元模型,对叶轮进行了稳态热分析,得到了叶轮在温升下的热变形量和等效应力,为接下来的优化分析计算做了准备。(3)为防止温度变化分布不均导致叶轮转子外轮廓产生不均匀热变形,外轮廓变形导致配合间隙产生变化;基于形体热变形非相似性特征,分析叶轮平衡孔形状对罗茨鼓风机叶轮外轮廓然变形量的影响规律,通过仿真确定优化孔型结构;得出热变形量最小的罗茨鼓风机叶轮的结构,使罗茨鼓风机工作寿命延长。(4)为防止罗茨鼓风机两个叶轮产生局部干涉,加剧局部磨损,影响罗茨鼓风机的正常运行,选取叶轮非配合面尺寸作为设计变量,利用DOE中心复合设计原理,对叶轮进行参数优化,得到更为合理的非配合面尺寸,提高了罗茨鼓风机气体输送效率,使其工作效率提高。本文的研究将为罗茨鼓风机叶轮的热变形分析及优化设计提供重要参数及依据,并且对于今后同类型结构的研发也具有一定的指导意义。