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类摆线压缩机定转子润滑性能分析 |
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作者：重庆大学 贺泽龙 韦云隆 贺惠农 曹兴进 |
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摘要 类摆线压缩机是一种新型的回转式压缩机。本文简单介绍了类摆线压缩机转子的受力分析；利用弹性动力润滑理论，对定转子间的润滑性能进行了比较详细分析，并计算了其最小油膜厚度：分析了主轴直径、跨距、定转子间隙大小对其润滑性能的影响，为压缩机的设计提供理论参考。
关键词 类摆线压缩机 最小油膜厚度 相对曲率半径 接触压力
0 前 言
随着生产技术的进步，回转式压缩机取代往复式活塞压缩机是压缩机发展的必然趋势。作为一种新型的回转式压缩机，类摆线压缩机具有体积小、重量轻、平衡性好、转速高、输气均匀、压力脉动小、容积利用率高等许多优点，虽然目前尚无这种压缩机的应用，但是开发研制这种新型的压缩机，对压缩机的发展有非常重要的意义。在研制类摆线压缩机的过程中，发现定转子耐磨性较差，磨损较为严重，磨损后的补偿性较差，因此针对这些问题，进行以下工作：定转子型线分析；材料分析及实验；润滑油品分析及实验；定转子受力分析；定转子润滑性能分析计算等等。本文主要主分析定转子润滑性能，计算其最小油膜厚度，分析了润滑性能的影响因素，改善其润滑性能，提高其耐磨性能，从而提高其使用寿命。
1 类摆线压缩机转子受力分析
转子受力分析简图如图1所示，作高速行星运动的转子受到以下力作用：
（1） 转子惯性离心力Sr；
（2） 容积腔气压差所产生的合力Fg：
（3） 相位内齿轮所受的径向力fr、圆周力ft；
（4） 转子受到主轴的接触压力Nr；
（5） 转子受到定子的接触压力N1、N2；
图 1 转子受力分析
2 定转子接触点润滑分析
由于定子的三个尖点处型线的曲率半径为零，转子的四个圆顶角处的曲率半径比较小，润滑性能较差，也较容易磨损。以下主要是针对此两处接触情况进行分析讨论，如图2所示。根据前面的受力分析，由于转速较高，惯性离心力很大，经计算比主轴作用于转子上的接触压力Nr和相位外齿轮作用于相位内齿轮的径向力fr大得多，是影响定转子啮合点润滑性能最重要的力。但是，接触压力Nr方向刚好与转子惯性离心力Sr相反，可以大大削弱它的作用。还有相位外齿轮作用于相位内齿轮的径向力fr的方向也刚好与转子惯性离心力Sr相反，也将削弱它的作用。
 
(a) (b)
图 2 定转子接触点润滑分析
对于图2a的情况：惯性离心力大小不变，方向随主轴的转动而改变，此时惯性离心力将指向接触点5。此时为五点接触，有两个接触点3和两个接触点7以及一个接触点5一起承受力的作用。根据Hertz线接触应力分布，在定子的尖点处，曲率半径为零，两个接触点7就不承受接触压力的作用，或者说它承受接触压力极小，是良性磨损，磨损之后，不再承受接触压力的作用。接触点3的相对曲率半径比接触点5相对曲率半径大得多，因此接触点5承担的接触压力比接触点3小得多，力主要由两个接触点3承担。接触点5承担的接触压力小使其润滑性能比较好，而接触点3由于它相对曲率半径较大而使其润滑性能较好。对于接触点1，由于惯性离心力指向它的反向。此处根本就不存在接触压力的作用，所以此时此处的润滑性能很好。
3 最小油膜厚度的计算与讨论
根据某厂提出的要求：制冷量为10，000kcal／h（116．667kW），制冷工质R22，本压缩机研究室根据以上要求进行类摆线压缩机的样机设计工作。
根据Hooke线接触润滑状态图，从刚性等粘度润滑到变粘度润滑各种不同的润滑理论，相应地得出了四个不同的油膜厚度计算公式［3］。
（1） 刚性一等粘度区
（2） 刚性—变粘度区
（3） 弹性—等粘度区
（4） 弹性—变粘度区
式中 B——压缩机转子厚度 α——润滑油粘压系数
U——相对速度 N——接触点处的正压力
E——综合弹性模量 R——接触点处综合曲率半径
η0——润滑标准大气压下的油粘度
利用线接触润滑状态图，根据工况条件计算出粘性参数gv和弹性参数ge的数值，根据相应的公式计算最小油膜厚度hmin。在上面的分析中，由于在接触点4，其润滑性能比较差，现在就针对该点进行最小油膜厚度的计算，电机转速取1500r／min，支点跨距取180mm，定转子最大间隙取0．06mm，主轴直径取30mm，运动粘度取30cst，计算结果最小油膜厚度为0．81μm，处于弹性—变粘度区，其润滑性能是比较差的，说明摆线压缩机的有些参数设计不很理想。
根据图3、图4、图5可以得出：开始处于弹性—变粘度区，最小油膜厚度的变化极小，大约在0．7μm～0．9μm之间变化，然后进入刚性—变粘度区，最小油膜厚的变化开始增加，大约在0．9μm～1．0μm之间变化，但是区间极短，紧接着进入刚性一等粘度区，最小油膜厚度迅速增大，从1．0μm几十μm。
图3 主轴直径—最小油膜厚度关系
图4 跨距—最小油膜厚度关
图5 最大间隙—最小油膜厚度关系
4 结论
（1） 主轴直径的增加，最小油膜厚度大大增加，处于刚性一等粘度区。但是，主轴直径要受到型线设计中小圆直径的限制。
（2） 跨距的减小，最小油膜厚度增加，处于刚度一等粘度区。但是，跨距的减小压缩机容积利用率将减小。
（3） 定转子最大间隙的增加，最小油膜厚度增加，处于刚性一等粘度区。但是，要密封住气体，定转子间的最大间隙要受到限制。
(end)
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(7/9/2004) |
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