一种调节啮合线段修改转子型线性能的方法技术

本发明专利技术提出了一种调节啮合线段修改转子型线性能的方法，包括以下步骤：步骤1、将双边型线的啮合线分成8个功能段；步骤2、每个功能段利用三次NURBS曲线进行架构；步骤3、通过调整NURBS曲线的控制点或权因子来局部调整啮合线功能段，观测相应的转子型线变化，从而调整相应的几何参数。本发明专利技术设计手段灵活方便，通过调节自由曲线来控制型线变化，结合啮合线与转子型线的对应关系，局部调整啮合线观测对应的阴阳转子型线变化趋势，特别是泄漏三角形、接触线长度、齿间面积以及面积利用系数的变化情况，提升双螺杆压缩机转子型线的设计效率，避免了以往转子型线设计不能局部修改型线的弊端。

【技术实现步骤摘要】
一种调节啮合线段修改转子型线性能的方法
本专利技术属于压缩机
，特别是涉及一种调节啮合线段修改转子型线性能的方法。
技术介绍
螺杆转子型线从发展之初，就有学者一直在探索其新的设计方法和计算方式。就设计方法而言，根据初始设计对象的不同一般可分两种：正向设计和反向设计。在螺杆式压缩机出现之后的几十年里，人们基本上采用的都是正向设计方法，即从一个螺杆转子型线的已知数据，推导计算出另一个螺杆转子的型线。正向设计理论目前已经很成熟，但是压缩机的工作性能无法直接通过转子型线预知，必须通过阴阳转子的啮合线才能判断，若要获得一条完整的性能较好的螺杆转子型线通常需要经历反复修改与验证，整个设计过程十分繁杂。良好的转子型线应具备较大的流动横截面积、较短的空间接触线和较小的泄漏三角形，而这些几何性能参数可以通过调整啮合线来直观地观测其大小变化。目前转子型线的设计和优化大都局限于采用点、直线和二次曲线等简单曲线，生成的螺杆转子流线型不好，造成压缩机在运转过程中出现较大的气动损失，而且在正、反向设计中不易于调整局部曲线来达到优化曲线的目的。现有的螺杆转子型线设计方法仍然集中于正向设计，对于反向设计过程的探索很少，没能将啮合线进行系统的划分，研究啮合线的局部变化对转子型线变化规律的影响。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有的技术问题，提出一种调节啮合线段修改转子型线性能的方法。本专利技术根据设计要求在螺杆转子型线反向设计过程中局部调整啮合线来实时观测流动横截面积、空间接触线和泄漏三角形的大小变化，以便对转子型线进行优化设计。本专利技术的目的通过以下技术方案实现：一种调节啮合线段修改转子型线性能的方法，包括以下步骤：步骤1、将双边型线的啮合线分成8个功能段；步骤2、每个功能段利用三次NURBS曲线进行架构；步骤3、通过调整NURBS曲线的控制点或权因子来局部调整啮合线功能段，观测相应的转子型线变化，从而调整相应的几何参数。进一步地，所述8个功能段包括af、fo0、o0b、bc、cd、do0、o0e、ea，其中，a点为啮合线与x0轴在最右侧交点，即阴转子齿顶圆与阳转子齿根圆的相切点，b点为啮合线在第Ⅲ象限的最低点，c点为啮合线上在水平方向上距离坐标原点o0最远的点，即阳转子齿顶圆与阴转子齿根圆相切点，d点为啮合线在第Ⅱ象限的最高点，e点为啮合线在第Ⅳ象限的最低点，f点为啮合线在第Ⅰ象限的最高点。进一步地，所述步骤2具体包括以下步骤：步骤2.1、建立反向设计坐标系，确立阴阳转子坐标系与啮合线静坐标系之间的转换关系式；步骤2.2、根据齿廓法线法，确立啮合条件关系式，建立转子转角与设计参数之间的一一映射关系，即包络条件式：式中，R1为阳转子节园半径；为阳转子初始转过的角度，称为转角参数；为常数，是上一段曲线终点的积分结果，对于啮合线的第一段曲线，是啮合的起始角度，取步骤2.3、设计啮合线三次NURBS样条曲线段，其参数方程通过指定的型值点和两端点处的导矢插值得到；设定一段啮合线的NURBS曲线段的参数方程为：其中，k是曲线次数；Pi为控制点，数量为n+1个；wi是控制点Pi的权因子，决定了控制点偏离曲线的程度，且所有wi＞0；Ni,k(u)是定义在非周期且非均匀节点矢量U＝{a,…,a,uk+1,…,um-p-1,b,…,b}上的k次B样条基函数，数量为m+1个，其中a、b的个数为k+1个，且m＝n+k+1；取a＝0，b＝1；将参数方程代入包络条件式中可以得到如下式子：令则：将啮合线上任意一点的数值积分结果代入到啮合条件关系式即可得到转子转角与设计参数之间的一一映射关系；步骤2.4、联立啮合条件关系式和阴阳转子转动坐标系与啮合线静坐标系之间转换关系式，从而得到NURBS样条曲线段啮合线对应的阴、阳转子型线方程。进一步地，所述f(u)利用龙贝格求积公式进行求解，龙贝格求积公式为：式中，将区间[a,b]分成2k等分；具体步骤如下：A.根据NURBS曲线参数方程确定啮合线段上相应的被积函数f(u)，并令a＝0和b＝u，以及设置求解精度ε；B.设置初始步长并初始化k＝1；C.计算迭代公式，利用公式计算：然后再依次计算：D.判断是否达到精度要求，通过比较判断前后迭代结果差值是否小于精度值，即若满足要求，则停止计算，输出若不满足要求，则令然后返回第C步；若啮合线段上的点在x轴上，则Cy(u0)＝0，该点为函数f(u)的第一类间断点；根据啮合线设计要求，啮合线上经过x轴的点必须满足Cx(u0)＝0或者C'x(u0)＝0，在该点的函数值采用极限值代替进行求解；利用洛必达法则可得：进一步地，所述步骤3具体为：分别调节af、fo0、o0b、bc、cd、do0、o0e、ea共8个啮合线功能段的控制顶点来观测相应的转子型线变化，或微调每个功能段NURBS曲线控制点的权因子wi来控制啮合线局部曲线变化量，从而调节转子型线并观测泄漏三角形、接触线长度、齿间面积以及面积利用系数的变化情况。本专利技术从转子型线反向设计方法入手，将双边型线的啮合线分成8个功能段，并选择NURBS曲线架构啮合线段，通过局部调整啮合线段来修改相应的转子型线变化，通过此手段，根据设计需要进而设计出满足性能要求的型线。设计手段灵活方便，通过调节自由曲线来控制型线变化，结合啮合线与转子型线的对应关系，局部调整啮合线观测对应的阴阳转子型线变化趋势，特别是泄漏三角形、接触线长度、齿间面积以及面积利用系数的变化情况，提升双螺杆压缩机转子型线的设计效率，避免了以往转子型线设计不能局部修改型线的弊端。附图说明图1为反向设计方法中的坐标转换关系图；图2(a)为啮合线分段图；图2(b)为啮合线分段图对应的转子齿形图；图3为啮合线段af移动前后的啮合线形状图，其中1代表移动前，2代表移动后；图4为啮合线段af移动前后对应的转子型线变化情况图，其中1代表移动前，2代表移动后；图5为复盛型线的阴阳转子型线；图6为复盛型线的啮合线；图7为复盛型线的啮合线A0B0段用不同阶数的NURBS架构的曲率梳，其中(a)图为三次NURBS曲线，(b)图为四次NURBS曲线，(c)图为五次NURBS曲线，(d)图为六次NURBS曲线；图8为复盛型线的啮合线A0B0加分段点后的曲率梳；图9为NURBS曲线架构复盛啮合线的控制点分布效果图；图10为NURBS曲线架构复盛啮合线的整体曲率梳图；图11为NURBS曲线反向设计复盛型线的最终效果图，其中(a)图为啮合线，(b)图为生成的阴阳转子型线；图12为啮合线改进优化前后的控制点对比图；图13为型线改进优化前后的对比图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例1结合图1-图4，图1为反向设计方法中的坐标转换关系图，其中O0x0y0为啮合线静止坐标系，O1x1y1为阳转子转动坐标系，O2x2y2为阴转子转动坐标系，O1X1Y1为阳转子静止坐标系，O2X2Y2为阴转子静止坐标系，分别为阴阳转子转动坐标系O2x2y2、O1x1y1相对于阴阳转子静止坐标系O2X2Y2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种调节啮合线段修改转子型线性能的方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1、将双边型线的啮合线分成8个功能段；步骤2、每个功能段利用三次NURBS曲线进行架构；步骤3、通过调整NURBS曲线的控制点或权因子来局部调整啮合线功能段，观测相应的转子型线变化，从而调整相应的几何参数。

【技术特征摘要】
1.一种调节啮合线段修改转子型线性能的方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1、将双边型线的啮合线分成8个功能段；步骤2、每个功能段利用三次NURBS曲线进行架构；步骤3、通过调整NURBS曲线的控制点或权因子来局部调整啮合线功能段，观测相应的转子型线变化，从而调整相应的几何参数。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述8个功能段包括af、fo0、o0b、bc、cd、do0、o0e、ea，其中，a点为啮合线与x0轴在最右侧交点，即阴转子齿顶圆与阳转子齿根圆的相切点，b点为啮合线在第Ⅲ象限的最低点，c点为啮合线上在水平方向上距离坐标原点o0最远的点，即阳转子齿顶圆与阴转子齿根圆相切点，d点为啮合线在第Ⅱ象限的最高点，e点为啮合线在第Ⅳ象限的最低点，f点为啮合线在第Ⅰ象限的最高点。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述步骤2具体包括以下步骤：步骤2.1、建立反向设计坐标系，确立阴阳转子坐标系与啮合线静坐标系之间的转换关系式；步骤2.2、根据齿廓法线法，确立啮合条件关系式，建立转子转角与设计参数之间的一一映射关系，即包络条件式：式中，R1为阳转子节园半径；为阳转子初始转过的角度，称为转角参数；为常数，是上一段曲线终点的积分结果，对于啮合线的第一段曲线，是啮合的起始角度，取步骤2.3、设计啮合线三次NURBS样条曲线段，其参数方程通过指定的型值点和两端点处的导矢插值得到；设定一段啮合线的NURBS曲线段的参数方程为：其中，k是曲线次数；Pi为控制点，数量为n+1个；wi是控制点Pi的权因子，决定了控制点偏离曲线的程度，且所有wi＞0；Ni,k(u)是定义在非周期且非均匀节点矢量U＝{a,…,a,uk+1,…,um-p-1,b,...

【专利技术属性】
技术研发人员：何雪明，施国江，黄涛涛，黄海楠，陈小飞，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32