由于涡旋压缩机重量轻,结构简单,运行时产生的噪音低,运行可靠性以及容积效率高等优点,在制冷,空调和气体压缩领域中有着广泛的应用。但是,在某些特殊场合（例如食品加工、制冷,纺织加工,医疗设备等其他领域）必须使用无油的纯净气体。针对目前涡旋压缩机的研究现状,设计和研发了一种新型的无油空气涡旋压缩机样机。在设计和优化阶段,深入研究了涡旋压缩机的几何模型和热力学模型,对涡旋压缩机工作过程进行了数值模拟,并研究和分析了涡旋齿应力和变形分布。最后,通过样机的性能测试验证了数学模型的准确性。（1）基于几何参数定义了涡旋齿型线啮合原理。通过对工作腔的分析,求解得到了工作腔内的容积和容积变化率,获得了工作腔容积随主轴转角的变化趋势。（2）根据变质量系统热力学和控制容积法,分析了涡旋压缩机工作过程中的传热模型和泄漏模型,并建立实际工作条件下的数学模型。通过Fortran和MATLAB软件结合改进的Euler法获得了涡旋压缩机在工作过程中压力、温度和质量流量随主轴转角的变化规律。通过对所建立的热力学模型的分析发现,工作腔之间的热传递对压力和温度的影响较大,而内泄漏对容积效率的影响较大。（3）在温度和压力载荷束条件下,对无油涡旋压缩机进行了有限元分析,研究了涡旋齿的应力和变形的分布情况,同时考虑了实际和简化的载荷条件对动涡旋齿的影响。温度分布是通过热载荷条件所获得的,而结构和静载荷边界条件则用于获得静涡旋齿和动涡旋齿的应力和应变规律。分析和研究发现,流体工质是沿着动涡旋盘的转动方向流动的,在动静涡旋盘的啮合间隙处会存在着质量交换,使得每个工作腔内的温度分布不均匀。从进气区域到排气区域温度会逐渐升高,温度载荷会影响涡旋齿的应力和变形。在温度场和压力场的的耦合作用下,通过分析结果获得了最佳轴向间隙和径向间隙,同时为涡旋齿的局部修正提供了理论依据。（4）试验测试平台旨在评估所建立的数学模型和样机的性能参数.在不同转速下,测得了驱动电机功率,涡旋压缩机排气量和排气温度随排气压力的变化趋势,实验表明:涡旋压缩机有着较高的转速,温度,排气量和功率。通过将实验结果和数值模拟分析对比,进一步验证了数学模型的精确性,这为涡旋压缩机的分析和改进提供了一定的理论参考。