0253-平動轉子式汽車空調壓縮機設計【全套10張CAD圖+說明書】,全套10張CAD圖+說明書,平動,轉子,汽車空調,壓縮機,設計,全套,10,cad,說明書,仿單 摘 要 21世紀，隨著全球經濟的發(fā)展，汽車業(yè)得到了蓬勃發(fā)展。作為小型汽車使用的空調，由于受到空間尺寸的苛刻限制，以及發(fā)動機功率相對較小，因此非常注意壓縮機的效率、外形尺寸以及功耗等的影響。針對傳統(tǒng)壓縮機存在的一些不足，本設計研究了一種平動轉子式壓縮機，該壓縮機的最大特點是轉子采用平動轉動的運轉方式，因此主要運動件之間的相對速度較小，故其摩擦損失很小。本設計主要完成以下方面的工作： （1） 簡單介紹了汽車空調制冷系統(tǒng)的構成和工作原理，闡述了汽車空調壓縮機的發(fā)展歷程，并對其特殊要求進行了說明，進而重點介紹了現(xiàn)有的滑片式和渦旋式這兩種兩種類型壓縮機的結構形式與特點。 （2） 重點詳細介紹了平動轉子式壓縮機的設計思想，工作原理，并進行總體設計。 （3） 對平動轉子式壓縮機的幾個重要零件如氣缸、轉子、轉軸、平動滑片、轉軸軸承座和后端蓋進行了結構設計，并在工藝和選材上進行了詳細的分析。 （4） 對平動轉子式壓縮機的吸排氣系統(tǒng)和潤滑系統(tǒng)進行了系統(tǒng)的設計和分析。 （5） 對平動轉子式壓縮機進行了熱力學方面的分析與計算，并推導了平動轉子和滑片的運動學和動力學公式，同時還對轉子進行了動平衡方面的分析。 與傳統(tǒng)滑片式壓縮機相比，本設計中的壓縮機的主要運動副如轉子與氣缸、轉子與端蓋、滑片與缸孔之間的相對運動速度要小很多，因此它具有較少的摩擦和磨損。同時他還與渦旋壓縮機的平動機構有機融合在一起，取其之長，因此等效制冷能力比現(xiàn)存的壓縮機高。而且結構緊湊、外形尺寸小、重量輕，特別適宜小型汽車使用。 在設計過程中運用了AutoCAD，Pro/E及Word，不但把所學的專業(yè)知識聯(lián)系起來，而且還提高了計算機應用能力，拓寬了知識面。 關鍵詞 汽車空調；壓縮機；平動轉子；結構設計 Abstract The 21st century, along with global economic development, the automobile industry gained vigorous development. Air conditioning which uses in the compact car, due to receive harsh limit from the spatial size, as well as the engine power is relatively small and therefore pays attention to influence from the efficiency of the compressor, the external dimensions as well as the power loss and so on. In view of traditional compressor exist some insufficiencies, this design has studied a fixed-rotor compressor, and the ultimate characteristic of this compressor is the rotor adopts a fixed-rotation mode of operation, the relative speed between the main movements is smaller, and therefore its friction loss is very small following the completion of the design of the main areas of work.? （1）A brief introduction of the automotive air conditioning refrigeration system's constitution and the principle of work, elaborated the development process of automotive air conditioning compressor, and has carried on the explanation to its special request, then focus on introducing structure and characteristics of the existing gleitbretter type and the vortex type compressors. （2）Focus more on the introduction of a fixed-rotor compressor’s design concept, the principle of work, and overall design. （3）To the fixed-rotor compressor’s several important components like air cylinder, the rotor, the rotation shaft, the fixed-vane, the rotation shaft bearing seat and the back-end cover has carried out the structural design, and has carried on the detailed analysis in the craft and the selection. （4）we have carried systemic design and analysis on suction exhaust system and lubrication system of the fixed-rotor compressor. （5）We have carried on thermodynamic analysis and the calculation to the fixed-rotor compressor, and have inferred the fixed-rotor and vane's kinematic and dynamic formula, meanwhile have carried on the transient equilibrium analysis to the rotor. Compares with the traditional vane compressor, this design compressor has much smaller relative velocity between the main movements such as the rotor and the cylinder, the rotor and the end cover, the vane and the cylinder hole, therefore it has the few friction and the attrition. Simultaneously, it also integration of vortex compressor's translation machine together, takes its long, the equivalent cooling capacity higher than the existing compressor. Moreover the structure is compact, the external dimensions are small, the weight is light, and so it is especially for small vehicles. In the design process using AutoCAD, Pro / E and the Word, not only to learn the expertise, but also improve the ability of computer applications and broaden the knowledge. Key words Automobile air-conditioning compressor translation rotor structural design 目 錄 摘 要 I Abstract II 第1章 緒 論 1 1.1 汽車空調的歷程、意義和特點 1 1.1.1 汽車空調歷程 1 1.1.2 汽車空調的意義 1 1.1.3 汽車空調的特點 2 1.2 汽車空調制冷系統(tǒng)的構成及其原理 2 1.3 汽車空調壓縮機的發(fā)展歷程 3 1.4 汽車空調壓縮機的特殊要求 4 1.5 滑片壓縮機的結構形式與特點 5 1.6 渦旋壓縮機的結構形式與特點 6 1.7 本章小結 7 第2章 平動轉子式壓縮機 8 2.1 設計方案的提出 8 2.2 研究的意義 8 2.3 平動轉子式壓縮機的工作原理 9 2.4 平動轉子式壓縮機的基本結構 10 2.5 平動轉子式壓縮機的總體特點 10 2.6 平動轉子式壓縮機重要部件的設計 11 2.6.1 缸體 11 2.6.2 轉子 12 2.6.3 轉軸 13 2.6.4 平動滑片 14 2.6.5 轉軸軸承座和后端蓋 15 2.7 本章小結 16 第3章 平動轉子式壓縮機系統(tǒng)分析 17 3.1 吸氣與排氣系統(tǒng)分析 17 3.2 潤滑系統(tǒng)分析 18 3.3 本章小結 18 第4章 分析與計算 19 4.1 熱力學分析與計算 19 4.1.1 熱力學析 19 4.1.2 熱力計算 23 4.2 運動分析與計算 26 4.2.1 平動轉子運動分析與計算 26 4.2.2 滑片運動分析與計算 27 4.3 動力學模型 28 4.3.1 滑片受力分析 28 4.3.2 轉子受力分析 30 4.4 轉子的動平衡計算 31 4.5 本章小結 32 第 5 章 制冷劑、潤滑油及附件 33 5.1 制冷劑 33 5.1.1 選用制冷劑時應滿足的基本條件 33 5.1.2 改用R134a時采用的措施 33 5.2 潤滑油的選擇 34 5.2.1 選擇潤滑油需滿足的要求 34 5.2.2 選用R134a對潤滑油的意義 35 5.3 附件 36 5.3.1 電磁離合器 36 5.3.2 軸封及密封 37 5.4 本章小結 38 結 論 39 參考文獻 40 致 謝 41 附錄1 42 54 第1章 緒 論 1.1 汽車空調的歷程、意義和特點 1.1.1 汽車空調歷程 汽車問世已有一百多年的歷史。隨著生活水平的逐步提高，汽車已成為人們生活中的必需品，成為房間生活的延伸部分。對房間環(huán)境的要求同樣延伸到汽車上，空調便是其中一個重要內容。汽車上安裝空調裝置的主要目的在于營造一個舒適的環(huán)境條件[1]。 汽車空調是從暖氣開始的，最初是用煤炭腳爐取暖及把排氣管從車室內通過。第一臺完整的汽車空調裝置出現(xiàn)在1927年，它包括一個加熱器、一套通風系統(tǒng)及一個空氣過濾器。從1936年起，美國開始著手研制汽車冷氣機，到了1940年，美國Packard公司首次在汽車上采用制冷裝置，其后到50年代中在美國生產的Nash牌轎車上安裝了冷暖兼容的整體式空調裝置，60年代空調裝置才開始在汽車上普及并獲得迅速發(fā)展。根據(jù)粗略統(tǒng)計，截至80年代末，全世界車用空調裝置年產量已超過3500萬輛。發(fā)達國家中汽車空調的普及率達到80%～90%，二十世紀末全世界汽車空調器市場的年需求量達到7000萬套。10年功夫就翻一番，可見其發(fā)展速度之快。 我國從1971年開始在長春一汽的紅旗牌轎車上裝上了空調器，上海也于80年代初在上海牌轎車上裝上了國產空調器。我國從1994年開始在桑塔納轎車（新車型）上試裝了國產R134a空調器。我國車用空調裝置雖起步較晚，但發(fā)展速度不慢。據(jù)統(tǒng)計，1992年我國空調汽車的產量為16萬輛，總保有量為76萬輛。到了2000年空調車產量可達88萬輛，總保有量約485萬輛。不到10年時間，增加了4～5倍。 1.1.2 汽車空調的意義 汽車空調由五個要素組成，即溫度、濕度、氣流、潔凈度和輻射。由于空調一定要有空氣流動，一般由風機完成。風機的噪音及空氣通過風道而產生的噪音使人感到不舒服，因而減少風機噪音及氣流噪音也成了空調的任務[2]。 調節(jié)溫度是空調的主要任務。汽車空調首先是有暖氣設備，其結構比較簡單，轎車和中小型汽車一般以發(fā)動機冷卻水作為暖風的熱源；而大型客車或嚴寒地區(qū)的車輛則常采用獨立式加熱器，夏季的降溫則由制冷裝置完成。 普通車輛一般沒有調節(jié)濕度的功能；高級車輛采用了冷暖合一的再加熱式空調器，可以適量地對車內空氣進行去濕處理，即靠制冷設備（蒸發(fā)器的冷卻、去濕）去除空氣中的絕對含濕量，再靠采暖設備（暖風芯子升溫）降低空氣的相對濕度。 汽車的空氣調節(jié)裝置主要用來實現(xiàn)對車內空氣的換氣、加熱、冷卻和除濕。同時,空調裝置還起到凈化空氣的作用。汽車安裝了空調裝置,可以給駕駛員創(chuàng)造良好的工作環(huán)境。冬季使用暖風裝置,可使車室內空氣溫度適中,駕駛員不必穿著笨重的衣物,也不會因手腳過冷而影響駕駛。同時還可有效去除汽車門窗玻璃上的霜、霧,使駕駛員具有良好的視野,有利行車安全。夏季氣溫較高,駕駛員長時同行車容易疲勞、困倦,使用冷風裝置可使車內溫度、濕度適宜,改善司機的工作條件。安裝空調裝置已成為衡量汽車功能是否完備和豪華的重要標志。 1.1.3 汽車空調的特點 汽車的室內工作條件比房間要惡劣得多，如汽車直接暴露在太陽下或風雪下，隔熱措施困難；汽車在行駛時有大量風沙、廢氣從各種縫隙鉆入車廂，造成車廂內的空氣污染并增加熱負荷；汽車的行駛速度變化無常，難以保證穩(wěn)定的空調工況等等。 汽車空調與家用空調的不同工作條件，可歸納成下表1-1所示[3]： 表1-1 汽車空調與家用空調的不同工作條件 汽車空調 家用空調 工作環(huán)境溫度 -30℃～100℃ -30℃～50℃ 太陽輻射 大 可遮擋 換氣頻率 大 極少 振動 大 幾乎沒有 電源 12V/24V 110V/220V 直流 交流 制冷劑 R12→R134a R22 制冷能力 （2.15～5.8）kw（中、小型車） （1.9～4.1）kw 壓縮機型式 開放式 封閉式 壓縮機轉速變化 大 小 動力來源 汽車發(fā)動機 電動機 連接管道 軟管 硬管 概括起來，汽車空調有下列特點： （1）要求制冷量大、降溫迅速。 （2）不便于用電力作為動力源，必須要用汽車發(fā)動機（簡稱主機）或輔助發(fā)動機（簡稱輔機）來帶動壓縮機，因而在動力源的處理上比房間空調困難得多。 （3）系統(tǒng)中冷媒（制冷劑）流量變化幅度大，設計困難。 （4）冷凝溫度高。 （5）制冷劑容易泄漏。 （6）由于汽車結構緊湊，制冷裝置的安裝位置也很緊湊，各種車型必需有專門的車內冷氣設備，蒸發(fā)箱總成通用化很困難。 （7）由于車廂高度低，風量分配不易均勻，因而車內溫度分布不易均勻。 1.2 汽車空調制冷系統(tǒng)的構成及其原理 汽車空調制冷系統(tǒng)包括制冷壓縮機、冷凝器、貯液干燥器、膨脹閥、蒸發(fā)器和鼓風機等組成，各部件之間采用銅管（或鋁管）和高壓橡膠連接成一個密閉系統(tǒng)[3]。 圖1-1 轎車冷氣系統(tǒng)外觀 圖1-1是汽車制冷系統(tǒng)外觀圖，所有汽車的冷氣系統(tǒng)都是由4個主要部件所組成。 它們是：壓縮機、膨脹閥、蒸發(fā)器和冷凝器[2]。 壓縮機(空調系統(tǒng)的心臟，用來壓縮和輸送制冷劑)；膨脹閥(一種節(jié)流裝置，使制冷劑經過此裝置流入蒸發(fā)器，在蒸發(fā)器里產生壓力降)；蒸發(fā)器(一種熱交換器，液態(tài)制冷劑在低壓下蒸發(fā)，使車廂里的空氣得到冷卻)；冷凝器(一種熱交換器，用來排除在蒸發(fā)器中被制冷劑所吸收的熱量和壓縮機在壓縮制冷劑時所產生的熱量)。 制冷劑離開壓縮機的排氣口，經過冷凝器，使制冷劑冷卻到液化點變成液態(tài)，此時熱量被排到車廂外的大氣中。然后制冷劑到膨脹閥，之后離開膨脹閥進入蒸發(fā)器。當制冷劑流過膨脹閥時，其壓力下降，因而蒸發(fā)成氣體狀態(tài)，需要吸收熱量。在此時，車廂內熱而濕的空氣通過蒸發(fā)器時，碰到冰冷的金屬管芯和傳熱片，空氣驟冷下來，空氣中的水汽被凝結附在金屬壁而往下流，冷而干的空氣經風機被送入車內。從蒸發(fā)器歲來的制冷劑，經過回氣管，從壓縮機的吸氣口進入壓縮機，就這樣周而復始地進行循環(huán)。 1.3 汽車空調壓縮機的發(fā)展歷程 汽車業(yè)作為我國的支柱性產業(yè)，其發(fā)展是非常迅猛的。2002年以來，我國汽車產量年均增長45.8%，07年有望達到850萬輛。2006年底，汽車工業(yè)總產值占GDP的比重為3.7%，與汽車相關產業(yè)的就業(yè)人數(shù)占社會就業(yè)總人數(shù)的1/6[1] 。在汽車工業(yè)的帶動下，隨著人們對駕駛、乘坐舒適性要求的普遍提高，汽車空調已逐步成為汽車中的重要配件，不僅在轎車、各種大、中型客車、旅游車上配備率極高，在重型礦用車、工程機械車和農用機車上也得到了配備。 1940年美國白卡(packard)公司第一次把機械制冷用于車用空調以來，汽車空調技術經過半個多世紀的迅猛發(fā)展己日臻完善。 隨著我國人民生活水平不斷提高，近幾年來，空調裝置已經普及到戶和進入車內，成為重要的日常生活用品之一。汽車空調裝置己經經歷了半個多世紀的發(fā)展。作為汽車空調裝置的核心部件——制冷壓縮機也隨之得到了迅猛發(fā)展。 作勻速旋轉運動的轉子安裝在圓柱型的氣缸中，再配置若干個作往復運動的滑片(板)，就能形成容積周期性變化的工作腔，旋轉壓縮機正是利用這種運動機構進行工作的。自1588年拉邁爾利(Rameli)首次提出了多基元滑片裝置的概念以來，人們設計和研制出的旋轉壓縮機有數(shù)十種之多，而真正得到廣泛應用的只有滾動活塞壓縮機和旋葉式壓縮機。近三十年來，隨著精密加工技術的不斷提高，旋轉壓縮機的發(fā)展非常迅速，研究異常活躍，國內外的許多學者和工程技術人員在旋轉壓縮機的理論研究和工程實踐方面作了大量的工作，取得了巨大的成就，使旋轉壓縮機技術日臻完善。旋轉壓縮機具有性能優(yōu)良、結構緊湊、零部件少及工作壽命長等獨特優(yōu)點，目前已經在房間空調、制冷器具，汽車空調及壓縮氣體裝置中得到廣泛的應用。 圖1-2 壓縮機的布置 汽車空調壓縮機與家用空調器的壓縮機不同，它的負荷較大，運行工況相對惡劣，運行轉速也經常變化。另外，由于壓縮機靠皮帶驅動，安裝位置非常有限，車用空調壓縮機對外形尺寸的要求也非常嚴格。經過幾十年的發(fā)展，汽車空調壓縮機的結構形式主要經歷了以下幾種結構類型 [4] [5] 。 曲軸連桿式：屬傳統(tǒng)結構，工藝成熟，可靠性好。但震動較大，排氣脈沖較大，容易產生噪音。 斜板式：分回轉斜盤式（雙向活塞）和搖擺斜盤式（單向活塞）兩種?，F(xiàn)在應用最多的機型。 滾動活塞式：體積小，重量輕，效率高，但扭矩波動角度。 渦旋式： 結構緊湊，高效節(jié)能，微振低噪，可靠性高等特點 旋葉式：由于體積小，重量輕，啟動力矩小，力矩平衡性能好等優(yōu)勢。 成為一種很有發(fā)展希望的新機型。 1.4 汽車空調壓縮機的特殊要求 制冷壓縮機是汽車冷氣系統(tǒng)的心臟，是推動制冷劑在冷氣系統(tǒng)中不斷循環(huán)的動力，起著輸送制冷劑蒸氣、保證制冷劑循環(huán)正常工作的作用[6] [7]。 由于這種壓縮機是用在汽車空調上，在性能方面的要求就與一般用途的壓縮機不同，因此，對汽車空調壓縮機在性能和結構上提出了下列特殊要求： （1）要求在低速行駛或怠速時具有效率高、制冷能力強的特點，而在高速行駛時要求輸入功率低，這樣不僅能節(jié)省油耗，而且能降低發(fā)動機用于空調方面的功率消耗，提高汽車動力性。 （2）對于轎車等車型的汽車來說，壓縮機必須在發(fā)動機和水箱風扇之間的有限空間內安裝固定，因此要求壓縮機的體積和質量都要小。 （3）汽車在高溫怠速情況下，發(fā)動機艙里的壓縮機溫度可達成120℃；汽車行駛時顛簸振動也很大，要求壓縮機在高溫和顛振的情況下能正常工作。 （4）對汽車的不利影響要小。要求壓縮機運轉平穩(wěn)、噪聲低、振動小，開、停壓縮機時對發(fā)動機轉速的影響不應太大，啟動扭矩要小，工作可靠。 （5）由于壓縮機采用開式結構，要能經受惡劣的運行條件，對密封性能要求高。 1.5 滑片壓縮機的結構形式與特點 滑片壓縮機總體來說，主要有以下三種形式[4]：單工作腔滑片壓縮機，雙工作腔滑片壓縮機和貫穿滑片壓縮機。單工作腔滑片壓縮機的結構，是滑片壓縮機的傳統(tǒng)結構型式。圖1-3為單工作腔滑片壓縮機的橫剖面圖，它主要由機體（又稱氣缸）、轉子及滑片等三部分組成。雙工作腔滑片壓縮機是70年代才開發(fā)使用的新型旋轉壓縮機，圖1-4為雙工作腔滑片壓縮機的截面圖。它由氣缸、轉子、滑片、兩端蓋、進排氣孔口及排氣閥等組成。貫穿滑片壓縮機轉子上的滑片是貫通的，整體滑片放在通槽中。 圖1-3 單工作腔滑片壓縮機 圖1-4 雙工作腔滑片壓縮機 1.氣缸 2. 轉子 3.滑片 1.排氣閥 2. 轉子 3. 氣缸4. 滑片 5.吸氣口 與其他壓縮機相比，滑片壓縮機具有以下優(yōu)點： （1） 結構簡單、零部件少、加工與裝配容易實現(xiàn)、維修方便。 （2）運行平穩(wěn)、噪聲低、振動小。由于無偏心旋轉的零部件，動力平衡性能好，尤其在高速運動時振動和噪聲很小。 （3）起動沖擊小?；饎訒r逐步伸出，慣性和靜摩擦轉矩小，因而起動轉矩緩慢上升，減少了起動沖擊。 （4）效率高。由于沒有吸氣閥，余隙膨脹不直接影響吸氣基元，因而使吸氣損失減少，容積效率提高。 （5）結構緊湊、體積小、重量輕，便于狹窄空間安裝，因而比較適合汽車空調使用。 （6）壓縮機中多個基元同時工作，因此容積流量比較大、流量均勻、脈動性小、不需安裝很大的貯氣器。 （7）滑片頂部與氣缸內表面發(fā)生磨損時，滑片能自動伸長進行補償，從而可延長使用壽命。 滑片壓縮機的主要缺點是滑片與轉子、氣缸之間的機械摩擦比較嚴重，產生較大的磨損和能量損失，因此使用壽命和效率較低。近年來圍繞降低摩擦損失進行了不懈的努力，出現(xiàn)了許多新穎的結構。此外，雖然滑片壽命現(xiàn)在已能突破8000h，但取決于材質、加工精度及運行條件，故它仍是影響滑片壓縮機運轉周期的一個因素。 1.6 渦旋壓縮機的結構形式與特點 渦旋壓縮機是一種新型的旋轉—溶劑式壓縮機。渦旋壓縮機主要由固定渦旋體（定片，又稱警渦旋盤）、動渦旋體（動片，又稱動渦旋盤）、止推機構（由剛球、推力環(huán)和止推墊圈組成）、偏心回轉機構（由傳動軸、偏心套、銷子組成）、密封裝置及排氣閥組件等組成，參見圖1-5[8]。 圖 1-5 渦旋壓縮機 1.前板；2.皮帶輪；3.線圈；4.加液服務閥；5.機體；6.排氣口；7.吸氣口；8.過熱安全閥；9.連接螺釘；10.平衡重；11.軸承；12.推力軸承；13.平衡塊；14.密封條；15.固定渦旋體；16.動渦旋體 圖1-6 渦旋式壓縮機 渦旋壓縮機的主要優(yōu)點： （1）密封性好，容積效率高，一般可達90％以上，低速時也可達80％，而一般往復式壓縮機的容積效率只有（55～77）％。渦旋壓縮機的軸向密封是靠接觸（刀片狀密封裝置），密封性好，低壓進氣腔與高壓進氣腔不直接相鄰，中間還形成有中間壓力的腔室，因此相鄰腔室的壓力差小，氣體內部泄漏量少。壓縮過程接近于絕熱壓縮，絕熱效率比往復式高10％左右。兩個渦旋片之間的接觸也是線接觸，不需要吸氣滑片。這些原因造成容積效率高，因此單位制冷量所消耗的功率可減少（10～30）％。 （2）體積小，重量輕，有高速旋轉可能。因為可動體的運動半徑只有（4～5）mm，兩個渦旋體之間的相對摩擦速度非常低，（是多刮片式的1/10，通常只有3m/s），可動體的慣性力小，容量平衡，可以實現(xiàn)高速運行。軸承載荷均勻，機械磨損小，從而起動扭矩和工作扭矩非常小，可采用小直徑離合器，而且工作壽命長，運行可靠。最高連續(xù)轉速可達10000r/min。 （3）動作平穩(wěn)，噪音低。完成一個壓縮過程要轉動2.5圈，吸、壓、排三個過程同時連續(xù)進行，扭矩變動小，振動小。 （4）排氣溫度低，可使用普通冷凍機油。 （5）結構簡單，零件數(shù)少。主要零件僅為往復式的1/10。 渦旋式壓縮機采用轉子平動轉動的工作方式，其機械效率和容積效率固然很高，但它的渦盤結構對制造、裝配和檢測等環(huán)節(jié)要求極嚴，因而制造成本十分高昂。 1.7 本章小結 本章從汽車空調著手，主要介紹了汽車空調的發(fā)展簡史、作用和特點。接著介紹了汽車空調制冷系統(tǒng)的組成和原理。進而引深到汽車空調壓縮機的發(fā)展、要求和其兩種結構——滑片壓縮機和渦旋壓縮機的結構形式、特點及其優(yōu)缺點。 第2章 平動轉子式壓縮機 2.1 設計方案的提出 滑片式壓縮機因具有體積小、重量輕和結構簡單等優(yōu)點而被廣泛應用于制冷與空調領域，尤其是它的結構非常緊湊，因此十分適合用作汽車空調壓縮機。但是，該類壓縮機存在有一個明顯的缺陷，這就是它的摩擦損失比較大，大約占到了壓縮機全部耗功的29%。究其原因，主要是該類壓縮機的運動副如滑片與缸孔、滑片與轉子、轉子與端蓋之間存在有很大的相對運動速度，因此導致了比較大的摩擦與磨損。顯然，降低上述關鍵運動副的相對運動速度是提高滑片式壓縮機機械效率和工作壽命的有效手段之一。 當前，通過降低運動副的相對運動速度來實現(xiàn)減少摩擦的技術方案有好幾種，主要有 同步回轉式壓縮機結構、旋轉缸套式壓縮機結構[4][5]以及平動轉子式壓縮機結構，上述措施各有千秋，其中平動轉子式壓縮機的基本思路是將渦旋壓縮機的平動機構移植到滑片式壓縮機，亦即讓轉子采用平動轉動的工作運轉方式，一方面充分利用平動轉動回轉半徑小的特點來降低壓縮機各主要運動副之間的相對運動速度，另一方面保留了傳統(tǒng)滑片式壓縮機結構簡單和制造方便的優(yōu)點，因此該類壓縮機從原理和結構上均反映有渦旋壓縮機和滑片式壓縮機的一些特征，是一種值得探討的新型旋轉式壓縮機。 2.2 研究的意義 斜盤式壓縮機是現(xiàn)在汽車空調壓縮機中采用的主要機型。由于旋葉式壓縮機體積小、重量輕、啟動力矩小、力矩平衡性能好以及渦旋壓縮機的結構緊湊、高效節(jié)能、微振低噪、工作可靠性高等特點，是汽車空調壓縮機今后的發(fā)展趨勢，但旋葉式壓縮機存在著摩擦損耗較大的問題。斜盤式壓縮機是現(xiàn)在汽車空調壓縮機中采用的主要機型。由于旋葉式壓縮機體積小、重量輕、啟動力矩小、力矩平衡性能好以及渦旋壓縮機的結構緊湊、高效節(jié)能、微振低噪、工作可靠性高等特點，是汽車空調壓縮機今后的發(fā)展趨勢，但旋葉式壓縮機存在著摩擦損耗較大的問題.,如圖2-1所示 圖2-1 旋葉式壓縮機消耗圖 2.3 平動轉子式壓縮機的工作原理 平動轉子式壓縮機由氣缸、平動轉子、滑片、端蓋和進排氣閥等零部件組成，另外還有引導轉子作平動轉動的機構，與渦旋式壓縮機相似，平動轉子式壓縮機的平動機構可以采用十字滑環(huán)機構、球形聯(lián)軸器機構、鋼球/環(huán)槽組合機構和柱銷/孔組合機構等等。 圖2-2 平動轉子式壓縮機結構示意圖 1.電磁離合器 2.進氣口 3.平衡塊 4.左端蓋 5. 偏心軸頸 6.右端蓋 7.滑片 8.平動轉子 9.缸體 10.柱銷 11.彈簧 12.簧片閥 圖2-2給出的是基于柱銷/孔平動機構的平動轉子式汽車空調壓縮機的結構示意圖，其中轉子偏置在氣缸內，轉子的外圓表面與缸孔保持接觸配合，滑片在背壓、離心慣性力以及彈簧的共同作用下保持與缸孔壁面接觸密封。轉子受轉軸上的偏心軸頸驅動，并在平動機構的約束下做平動轉動，圖2-3給出了該壓縮機運轉時平動轉子處在四個極限位置時的狀態(tài)，容易看出，轉子確實是在做平動轉動，這是平動轉子式壓縮機與傳統(tǒng)滑片式壓縮機的最大不同之處。 圖2-3 平動轉子工作狀態(tài)示意圖 平動轉子壓縮機的工作原理是：由轉子的外表面、缸孔的內圓面以及兩側端蓋構成一個封閉的月牙形空間，該空間被滑片分隔成為若干個排氣腔和吸氣腔。當轉子轉動時，吸氣腔的容積逐漸增大，氣態(tài)的工質經吸氣口被吸入其內；與此同時，排氣腔的容積逐漸減少，被封閉在其內的工質受到壓縮，壓力逐漸上升，當壓縮壓力達到足夠高時工質就會推開簧片單向閥而排出排氣腔。在圖2-2所示的實施例中，采用了兩滑片結構，為此設置了兩組排氣組件，平動轉子每旋轉一周共發(fā)生兩次排氣，高壓排氣經油氣分離器后從排氣口排出壓縮機外，潤滑油則被分離出來流回油池后再通過壓差輸送到各運動副。 2.4 平動轉子式壓縮機的基本結構 平動轉子式壓縮機由機架、轉軸、平動機構、平動轉子、氣缸、滑片等零部件組成，圖2-4給出了該壓縮機的橫剖視圖，其中平動轉子偏置在氣缸孔內，平動轉子的外表面與缸孔接觸配合，轉軸的軸線與平動轉子的軸線平行設置，兩者的偏心距即為平動轉子的平動轉動半徑，轉軸的一端與電磁離合器相連并受其驅動，轉軸的另一端伸出一個偏心軸頸插入平動轉子的軸孔內并驅動其轉動。本平動轉子式壓縮機的最大特點是采用柱銷與孔組合連軸器防自轉機構來引導轉子作平動轉動，區(qū)別于渦旋壓縮機，平動轉子式壓縮機摒棄了渦盤結構而將轉子做成圓環(huán)狀，這樣不僅制造簡單而且容易保證裝配精度；另外區(qū)別于旋葉式壓縮機，平動轉子式壓縮機的葉片不再貼著缸孔壁面高速滑行，因而它的摩擦損失與磨損有望減少，機械效率和工作壽命有望提高。 圖2-4 平動轉子式壓縮機結構示意圖 1.柱銷 2. 排氣口 3. 平動轉子 4.缸體 5. 轉軸偏心軸頸 6.進氣口 7.滑片 2.5 平動轉子式壓縮機的總體特點 平動機構是目前渦旋壓縮機的一個重要組成部件，其形式主要有十字滑環(huán)機構、球形聯(lián)軸器機構、柱銷/孔組合機構、鋼球/環(huán)槽組合機構等等，考慮到制造方便，平動轉子式壓縮機采用十字滑環(huán)機構，如圖2-5所示，十字滑環(huán)是一個封閉圓環(huán)，兩側各有一對相位相差90°并對稱布置的矩形凸鍵，其中一對矩形凸鍵與轉子背面的一對鍵槽相配合，另外一對矩形凸鍵則與機架上設置的一對鍵槽相配合[9] [10]。在十字滑環(huán)的限制下，當轉子受到轉軸的驅動而轉動時，其運動只能是平動轉動。 十字滑環(huán)的優(yōu)點是具有自動調心功能，可以消除軸心偏移，另外十字滑環(huán)機構的結構十分簡單，制造及裝配非常簡單。十字滑環(huán)的主要缺陷是滑塊凸鍵與滑槽之間存在滑動摩擦，容易造成滑塊磨損，因此必須對該運動副加強潤滑并注意控制滑塊與滑槽的配合間隙。 圖2-5 十字環(huán)及其運動規(guī)律 為了分析十字滑環(huán)的運動規(guī)律，設x方向為機架上的滑槽方向，y方向為轉子背面上滑槽的方向，注意機架滑槽是靜止的，而轉子滑槽是運動的，由于凸鍵依滑環(huán)直徑方向布置，所以十字滑環(huán)的中心落在x的軸線上并做往復運動[6]。不難看出，十字滑環(huán)上任意點在x軸上的投影運動是一個簡諧運動，因此十字滑環(huán)中心在x軸上的位移為 （2-1） 式中，e為轉子中心相對與轉軸中心的偏心距，ω為轉軸的回轉角速度。 對（2-1）式求導，得十字滑環(huán)的運動速度為 （2-2） 十字滑環(huán)的運動加速度為 （2-3） 由上面的式子可以看見，十字滑環(huán)在機架上滑槽中的兩極端位置時加速度最大，在中間位置時加速度為零，其加速度的數(shù)值大小與偏心距e、角速度ω的平方成正比。由于這個加速度的存在，使得十字滑環(huán)存在慣性力并引起振動，所以應盡量減少十字滑環(huán)的質量以降低慣性力。另外，根據(jù)渦旋式壓縮機的使用經驗，凸鍵/動滑槽上的受力比凸鍵/靜滑槽上的受力要大，且受力變化急劇，因此十字滑環(huán)上與轉子滑槽配合的凸鍵更加容易出現(xiàn)摩擦和磨損，此時可采取一些工藝措施如對其進行適當?shù)谋砻嫣幚?，比如氮化處理或者磷化處理等? 2.6 平動轉子式壓縮機重要部件的設計 本壓縮機的關鍵零部件主要有缸體、轉子、平動滑片、轉軸、后端蓋和轉軸軸承座等等。先就他們的結構、選材和工藝特點進行分述： 2.6.1 缸體 缸體是壓縮機進行氣體壓縮的關鍵部位，它關系到整個壓縮機的摩擦、泄露和效率，直接影響到壓縮機的性能。所以，無論氣缸在設計還是制造過程中都要求非常高。其結構如圖2-6所示。 圖2-6 缸體 從結構可知，該結構采用4個定位套和6個定位孔，通過采用長螺栓將軸承座、缸體和后端蓋連接固定在一起，從而固定轉子不會左右晃動。而為了保持軸承座、缸體及后端蓋三者能緊固一起轉動，故要求螺栓與其的連接采用緊固螺栓連接，并采用過盈配合。缸體的外部與殼體相配，而其內孔會與轉子相碰撞（轉子運動時），故其內表面的粗糙度精度要求相對會高些，希望達到Ra0.8μm。缸體的兩端分別與軸承座和后端蓋相緊密配合，故要求其兩端的表面粗糙度能達到Ra0.2μm。同時其配合精度尤其是形位公差要求卻很高，是本壓縮機必須重點控制的零部件之一。其六個螺栓孔的分布有特殊要求，中間螺栓兩孔的中心線與豎直中心線相重合。兩邊螺栓孔的夾角分別為。在兩個螺栓孔的兩頭對稱地加工深10安裝定位孔，用于安裝時插入厚為1.5mm的套筒，保證安裝時缸體、轉子軸承座、后端蓋三者在同一直線上。缸體兩側切出一個平臺，用于安裝簧片閥，便于加工排氣孔。 而對于其在此結構中的吸排氣設計來說，我們采用軸向吸氣，徑向排氣。對吸氣口來說，只須保證其位置度，且其位置度要求也不高，而其吸氣口尺寸公差可為自由公差，加工較為簡單和方便，其粗糙度要求不高，比曲軸連桿式少了吸氣閥。排氣口的尺寸要求也不高，同樣只須保證位置度要求 轉子高速地在型腔內轉動，缸體承受的摩擦非常大，因而缸體要選擇耐磨的材料。又為了減輕壓縮機的總體質量和經濟性及材料來源的方便性等綜合考慮確定選用硼合金鑄鐵為氣缸材料。 2.6.2 轉子 其結構如圖2-7所示 圖2-7 轉子 從結構可知，該結構采用3個平動柱銷與后端蓋相連（3個柱銷用復位彈簧相連在一起，從而帶動實現(xiàn)轉子做平動）而轉子與轉軸之間采用滾針軸承相連。轉子兩端分別與軸承座和后端蓋緊密相連，故要求轉子的兩端保持尖角。而且其外面的表面粗糙度要求也較高，盡可能達到Ra0.4um。 本結構在選材上從以下幾方面來考慮： （1） 從耐磨性來考慮：因為在安裝葉片的軸徑它要經常和氣缸的內圓摩擦，所以那段軸徑就得要求耐磨。 （2） 從強度來考慮：因為安裝葉片的槽的一側材料的厚度的問題，在同一厚度的基礎上，必須選擇一種材料能達到一定的強度，以保證軸的壽命。 （3） 從工藝的實現(xiàn)和簡單化來考慮。 最后確定選用QT600-3（稀土鎂球墨鑄鐵）為轉子的材料 2.6.3 轉軸 其結構如圖2-8所示 圖2-8 轉軸 從結構可知，轉軸的形狀較為復雜，受力狀況非常惡劣，其下端與電機轉子過盈緊配，其上端與轉軸軸承座及轉子連接。轉軸承受著交變的轉矩和彎矩、以及全部運動件的重力和不平衡軸向氣體力，并通過一個向心短圓柱滾針軸承的內圈支撐在推力墊片上。特別是轉軸的軸芯部位設置有中空的進氣道，且還開設有與潤滑油道，因此受力截面相當嚴峻，無疑她是本壓縮機設計中最為關鍵的一個零件。為此在選材上采用對應力不太敏感且具有較高綜合性能的QT600-3（稀土鎂球墨鑄鐵），必要時也可采用綜合性能更優(yōu)的QT600-3稀土鎂球墨鑄鐵來制做。轉軸采用正火處理并進行表面氮化，另外為了提高她的抗疲勞強度，還可對其進行噴丸強化。 而與轉軸連接的軸承有兩個，其中一個軸承與轉軸及軸承座孔的配合方面的工藝是：為了減少振動降低噪聲同時兼顧成本，該軸承選用一個滾針軸承，轉軸軸頸與軸承的間的配合采用H7/k6，軸承與軸承座孔間的配合采用K7/h6。另一與轉子連接的軸承也同理。轉軸軸頸配合表面的粗糙度取為Ra1.6μm或者更高，其軸肩的跳動量不大于0.01mm；軸承孔座配合面的表面粗糙度取為Ra1.6μm～3.2μm，其圓度和圓柱度不大于座孔直徑公差之半，孔肩的擺動量不大于Ra0.015μm。轉軸軸線必須與轉軸氣缸端的端面垂直，座孔軸線必須與座孔端面垂直，兩者在軸線長度100mm的范圍內，不垂直度小于φ0.006mm。另外如前所述，對轉軸整體進行噴丸處理，以提高其抗疲勞強度。 2.6.4 平動滑片 其結構如圖2-9所示 圖2-9 平動滑片 （1）結構設計 首先是根據(jù)轉軸的滑片槽的形狀來初步確定滑片的形狀，之后為減少摩擦就需要把滑片與缸體的接觸面設計成圓弧形，如圖2-9所示。最后是根據(jù)缸體的高度來確定滑片的長度，由偏心距和轉軸軸徑與缸體內徑最遠點的距離來綜合考慮滑片的寬度，滑片的厚度則由滑片所需要的受力和材料的強度來確定，這樣又反過來去確定軸上那槽的寬度。 從結構可知，該平動滑片的結構較為簡單，在整個系統(tǒng)中，我們采用2個該結構的平動滑片，從而實現(xiàn)2個工作腔，而2個滑片也是通過彈簧相連來實現(xiàn)平動機構的。 （2）精度的設計 滑片是壓縮機里的重要零件，它設計的好壞將影響到容積效率等，是影響預定性能實現(xiàn)的先決條件，所以必須使其達到一定的精度：平面度、平行度、垂直度、粗糙度等的要求是很高的。因滑片要與轉子、缸體相接觸碰撞，故要求其表面粗糙度較高，達到Ra0.4um。 （3）材料的選擇 由于滑片是一個受摩擦、磨損較多的零件，所以其耐磨性、硬度、強度要求必須很高，由此確定選用硼合金鑄鐵作為該零件的材料。 2.6.5 轉軸軸承座和后端蓋 其結構如圖2-10和圖2-11所示 圖2-10 轉軸軸承座 圖2-11 后端蓋 （1）結構設計 兩端蓋的主要功用是支撐轉子的運轉和氣缸的密封。當中，包含了端蓋定位固定、軸承安裝與拆卸、進排氣口位置、潤滑油的油道及螺栓孔等設計，如圖2-10和圖2-11所示。由于轉軸軸承座和后端蓋是和轉子、滑片、氣缸構成封閉容積進行氣體壓縮的，所以軸承座、后端蓋與缸體相連的那一端面精度要求比較高。另外，其外圓也要和殼體進行配合，在加工精度上也有一定的要求。先外圓為粗基準，把軸承孔加工出來，再以軸承孔為定位基準，分別對外圓和端面進行精加工，這樣就可以保證工件的精度要求。最后在端蓋上開有螺栓孔，以便定位固定；同樣在后端蓋外圓亦開有螺栓孔，以便軸承座、缸體及后端蓋三者連接一起。 從結構上可知，軸承座與后端蓋分別安裝在缸體、轉子的兩邊，故對其相配合連接的一面的表面粗糙度要求較高，希望達到Ra0.2um。而轉軸軸承座主要起到定位固定轉軸作用，其內孔與轉軸相連接，而為了保護轉軸，我們采用滾針軸承連接，還可以起到力的傳遞效果。 （2）潤滑的設計 在斷面與軸承孔之間開有油道，以便潤滑油可以對軸承等需要潤滑的零件進行潤滑，延長其工作壽命。 （3）材料的選擇 ①從實用性來考慮； ②從經濟性來考慮； ③從減輕重量來考慮； 從這三點作為基本參考方向確定選用硼合金鑄鐵為轉軸軸承座及后端蓋的材料 2.7 本章小結 由第1章我們了解到當前汽車空調壓縮機現(xiàn)存在的問題和不足，于是我們研究設計了一種新型的壓縮機——平動轉子式壓縮機。，并于本章中介紹了該研究該設計的意義。與此同時，還在第2章中詳細闡述了平動轉子式壓縮機的工作原理，基本結構，總體特點，并對該設計中的幾個重要零件如缸體、轉子、轉軸、平動滑片，軸承座和后端蓋等其在結構、工藝特點和選材進行了較為詳細的說明。 第3章 平動轉子式壓縮機系統(tǒng)分析 本壓縮機系統(tǒng)設計的總體布局如圖4-1所示 圖4-1 壓縮機的吸排氣系統(tǒng)與潤滑系統(tǒng) 3.1 吸氣與排氣系統(tǒng)分析 本設計采用了軸向進氣，徑向排氣的方案。進氣系統(tǒng)采取氣體直接輸送到壓縮機吸氣腔的方法，如圖4-1所示，本壓縮機的進氣系統(tǒng)由進氣管，進氣管接頭，氣道都頭及密封元件等組成。排氣系統(tǒng)涉及到排氣管，后端蓋和排氣閥等部件。氣體經進氣管，進氣管接頭進來后，首先通過殼蓋的進氣孔口進氣，然后經空隙來到轉軸軸承座。通過轉軸軸承座的孔道，氣體進入缸體，再通過轉子帶動滑片旋轉，使得空氣由軸向進氣孔被吸入，經過壓縮，氣體的壓力升高，進而壓開排氣孔的排氣閥，最后從排氣閥排出來的氣體經過油氣過濾網(wǎng)，在排氣口排出。每個基元在轉子每轉中吸、排氣兩次，完成兩個工作循環(huán)，因而流量非常均勻、脈動性也很小；輸氣量大且結構緊湊。這樣，作用在轉子上的徑向氣體力基本平衡（滑片為偶數(shù)時理論上可以完全平衡），卸除了軸承的徑向負荷，故軸承的使用壽命長，可靠性好。而由于本壓縮機的排氣系統(tǒng)在整個工作期間都處在運動之中，因此與傳統(tǒng)滾動活塞式壓縮機的排氣系統(tǒng)有很大不同，它對排氣閥組提出了更高的要求。 3.2 潤滑系統(tǒng)分析 潤滑油從殼蓋的進氣口進入本壓縮機的內腔后，少部分經過空隙來到了轉軸處，大部分隨著制冷劑來到了本壓縮機的后部的排氣室。而排氣室內有一較大的空間，在排氣室里裝有一油氣分離濾網(wǎng)，用來分離油氣，使蒸汽盡可能不會含有潤滑油排除而進入油池。油池里的潤滑油在壓差作用下，一部分潤滑油通過油道小孔和孔進入轉子并潤滑轉子和滾針軸承19，而由于軸高速轉動而產生的離心力，使油通過小孔潤滑軸承5及轉軸，同時也形成真空度，使?jié)櫥筒粩啾晃雮鲃虞S的油道中。這樣，潤滑油就通過油道潤滑軸承，軸封。另一部分潤滑油被壓入缸體，通過轉軸的高速轉動潤滑缸體，螺釘和軸封。潤滑后的油，隨制冷蒸氣壓縮，再回到油氣分離器，不斷循環(huán)利用。 3.3 本章小結 介紹了平動轉子式壓縮機的設計及各種特點后，于本章介紹了平動轉子式壓縮機的吸排氣系統(tǒng)的設計和其潤滑系統(tǒng)的設計。從本章中可知，這三種系統(tǒng)是互助互用，相互關聯(lián)的。 第4章 分析與計算 4.1 熱力學分析與計算 4.1.1 熱力學析 （1）氣缸型線 氣缸型線的形狀和性質決定了滑片的運動狀態(tài)，對壓縮機的容積流量、輸出流量的脈動、沖擊振動、噪聲、效率和使用壽命都有很大的影響。從提高壓縮機性能的角度對氣缸型線有如下基本要求：①使輸出流量的脈動??；②使滑片不脫離氣缸內表面；③使滑片的受力狀況良好；④產生沖擊、振動和噪聲要小[4]。 ①單工作腔滑片壓縮機的氣缸型線 圖4-1 單工作腔滑片壓縮機的計算圖 圖4-1為但工作腔滑片壓縮機的橫截面圖，圓為轉子的外形，半徑為；圓為氣缸內孔的截面形狀，即氣缸型線，半徑為R。轉子中心偏離氣缸中心的距離e，稱為偏心距。偏心距e與氣缸半徑R的比值＝e/R，稱為相對偏心距。 在以為極點，為極軸（即極角＝0）的極座標系中，任意極角對應的失徑為 （4-1） 其中 （4-2） 于是，氣缸型線的極座標方程為 （4-3） （2）基元容積和工作容積 ①基元容積與工作容積 1.基元的幾何關系 滑片壓縮機的基元，是由相鄰兩滑片及其之間的氣缸內表面和轉子外表面和氣缸兩端蓋所圍成的空間，其橫截面如圖4-2所示。以基元前滑片（以轉子轉動的方向為準）的位置角表示該基元的位置，基元前、后滑片位置角之差，放映該基元所占范圍的大小，成為該基元的基元角度[10]。由圖4-3可知，對于滑片徑向放置的機器，基元角度為 （4-4） 式中，z為滑片數(shù)。 圖4-2 基元截面 圖4-3 多滑片的工作腔截面 2．基元容積 基元容積為 （4-5） 圖4-4 最大基元容積 如圖4-4所示，當 時，基元容積達到最大值，則 （4-6）最大基元容積即為基元在理論上能夠吸入的氣體體積。 3．工作容積 考慮到滑片厚度所占的體積，則壓縮機的工作容積為 （4-7） 式中，為時的氣缸型線壓力角，；為滑片的厚度；為時的滑片伸出長度， 。 對于z＝2的滑片壓縮機，可近似認為時的氣缸型線矢徑等于氣缸半徑R，所帶來的誤差不會超過%，則其工作容積可以近似為 （4-8） ② 容積效率 滑片壓縮機中，影響容積效率的最主要因素為工質的泄漏，其次為排氣封閉容積內氣體的膨脹，工質在吸氣過程中的加熱和壓力損失較小[4]。 1．外泄漏流量qvl 滑片壓縮機的外泄漏，主要發(fā)生在轉子與氣缸的端面間隙中，泄漏間隙面積為 （4-9） 式中 d——轉子有效長度端面處的軸頸直徑（m）； ——轉子與氣缸兩端面的總間隙（m）。 低壓側壓力為吸氣壓力，高壓側壓力認為是吸、排氣平均壓力。泄漏流量為 （4-10） 其中= 式中 ——泄漏系數(shù)，一般可??； ——吸氣狀態(tài)的比體積（m3/kg）； ——流量函數(shù)； k——工質的等熵指數(shù)； ——氣體常數(shù)[kj/(kg·K)]； ——排氣溫度（K）。 2．排氣封閉容積 基元與排氣空口脫開后，形成的封閉容積內的高壓氣體（壓力,溫度），向吸氣側（壓力）絕熱膨脹。在結構設計之后，可根據(jù)脫開瞬時的轉角，利用公式 求得。 3．容積效率 根據(jù)泄漏氣體、膨脹氣體以及相當于實際排氣量的氣體所具有的焓，應等于相當于理論排氣量的氣體所具有的焓，得到 （4-11） 式中n——壓縮機轉速（r/min）。 （3）功率和效率 ① 指示功率 絕熱指示功率為 （4-12） 式中m為多變指數(shù)，對于對于噴油結構m=1.05～1.10,本文取