旋转式压缩机定子变形分析

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摘要:旋转式压缩机定子与壳体之间采用过盈配合的固定方式,其过盈量的选择直接影响到定子变形量。本文介绍了运用CAE仿真软件模拟分析定子和壳体之间的高度非线性接触的复杂问题,通过该模拟分析方法得到定子与壳体在不同过盈量下的变形情况,且分析结果得到了实验支持,为后续的定子结构设计和优化及过盈量的选择提供了理论参考依据和模拟分析方法。

Abstract: The stator and the shell of rotary compressor are fixed by the interference fit,so the deformation of the stator is influenced by the magnitude of interference.This paper describes the complicated problem which is non-line contact between the stator and the shell by using the simulation analysis.The simulation analysis can obtain the deformation of the stator and the shell in different magnitude of interference,and the analysis result is supported by the test.It provides the theories and the method of simulation analysis for the structure design and optimization of the stator and the choice of the magnitude of interference.

关键词:旋转式压缩机;定子;壳体;模拟分析;过盈量;变形

Key words: rotary compressor;stator;shell;numerical analysis;magnitude of interference;deformation

中图分类号:TH45 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)15-0225-01

0引言

在旋转式压缩机中,通常壳体是均匀壁厚的圆筒状,定子形状也具有很高的对称性,但为了满足制冷剂流动的流通面积,必须对定子设计一些孔或切槽,而孔和切槽形状大小、位置分布和定子与壳体之间的过盈量多少直接影响到定子的变形量,变形量大易使定转子间的间隙不良,导致定转子之间出现相互摩擦(一般称这种现象为扫镗),使泵体的受力不均,从而造成压缩机振动噪声大,性能降低[1]。

定子与壳体过盈量主要根据抱紧力和变形量择优确定。目前抱紧力可以根据经验公式计算得到,但变形量计算难以找到理论支持,所以获得一种计算定子变形量的方法不可忽视[2-3]。

本文针对定子与壳体配合的过盈量与变形量间的关系,介绍了一种模拟定子与壳体高度非线性接触的分析方法,通过该方法和实验重点探讨了定子的变形情况,并对某一定子进行了结构优化。

1定子热套变形仿真分析

1.1 建模。本次仿真分析选择对象是24齿某定子,均匀厚度的壳体。为便于计算,将模型进行了一些简化,从定子高度中间切开取上半部分作为分析对象。仿真不考虑壳体加热和冷却过程,也不考虑壳体和定子的圆度影响,只考虑热套后所取过盈量对定子变形的影响。为便于仿真结果的分析,所有的单元和节点的分析坐标均由卡笛尔坐标转化为柱坐标。

1.2 材料属性。根据模型所使用的材料,及结合之前对零件材料参数的校核结果,本次仿真材料属性设置如表1。

1.3 定义边界约束。

1.4 定义接触体。定子和壳体在热套冷却后会因为过盈量的挤压作用而产生变形,它们的变形又会互相产生影响,所以这里应将定子和壳体分别定义为变形接触体。

1.5 结果分析。仿真分别计算了三种过盈量下的定子变形,过盈量1、过盈量2和过盈量3的比例为1:2:4,针对仿真结果重点对定子内径的径向变形进行了分析,得到如下结论:①在过盈量1、过盈量2、过盈量3下,热套后定子内径变形均为一个类似的椭圆形,且各齿均向内变形。②过盈量1、过盈量2、过盈量3之间的比值为1:2:4的关系,仿真数据显示,定子内径各齿在三个过盈量下的变形量也成1:2:4的关系。由此可知,定子内径变形与过盈量呈线性关系,且随着过盈量的增加而变大。

2试验

定子内径变形量测试:①测量定子的外径和壳体的内径,挑选出过盈量2的定子和壳体。②因为定子结构具有很高的对称性,所以可将选定的定子的24齿做标记,然后测量定子热套前1-1、2-2、3-3等24齿间的12个齿宽值。③将定子与壳体进行热套,待冷却后,测量定子热套后1-1、2-2、3-3等24齿间的齿宽值。④各齿变形量=(热套前齿宽值-热套后齿宽值)/2,得到测试变形轮廓线。

在过盈量2下测试得到的定子内径变形轮廓线非常接近仿真变形轮廓线,可见文中仿真分析方法的正确性。

3应用

采用上述CAE仿真模拟分析方法,对某一定子结构进行优化设计。通过不断计算验证,得到一个较优方案。由新定子的变形云纹图,对比得知新定子内径最大变形量较原定子内径最大变形量大大减小,且各个齿的变形量都较相近,定子的整体刚度较一致,承载能力增强,压缩机整机噪声也有明显降低,方案修改周期大大缩短。

由此可得到如下结论:

①在设计定子切槽时,切槽1、切槽3和切槽4尽量保持一致。②在设计定子切槽时,切槽2应尽量与切槽1、切槽3、切槽4的形状类似或相同。总之,定子切槽设计是破坏定子结构对称性的关键因素,保证定子各切槽的一致性,定子的整体刚度才能均匀,承载能力才会增强。

4结论

本文通过运用CAE仿真中的非线性分析技术和实验相结合的方法分析了定子与壳体过盈配合下的变形情况和不同过盈量下对定子变形量的影响,并将该方法进行了实际应用,得到了以下结论:①定子内径变形量与过盈量呈线性关系,且随着过盈量的增加而增大。②在保证足够抱紧力情况下,尽量选择小的过盈量。③定子各齿的变形量与定子结构密切相关,所以进行定子切槽设计时,应尽量保证一致或相似,保证定子的整体刚度均匀,提高定子的承载能力。④通过试验与仿真结果对比,确定了定子与壳体热套变形仿真分析方法的正确性,为后续定子结构设计和优化及过盈量的选择提供了理论参考依据和模拟分析方法。

参考文献:

[1]缪道平,吴业正.制冷压缩机[M].北京:机械工业出版社,2001.

[2]机械设计手册编委会.机械设计手册[M].北京:机械工业出版社,2004.

[3]陈隆德,赵福令.机械精度设计与检测技术[M].北京:机械工业出版社,2000.