本发明专利技术属于涡旋装备领域，具体涉及一种高性能涡旋机叶片及其精准设计加工方法。具体技术方案为：一种涡旋机叶片，包括静涡旋齿，所述静涡旋齿是由涡旋齿内侧终点与外侧终点连线形成的曲线、涡旋齿外侧初始点与涡旋齿内侧初始点连线形成的曲线、涡旋齿内侧函数曲线、涡旋齿外侧函数曲线组合形成的封闭实体；所述静涡旋齿旋转180°后形成动涡旋齿。本发明专利技术基于热力学与啮合相关理论，提供了一种新的涡旋机叶片的设计方法和安装工艺参数确定方法，综合考虑了接触压力和安装误差，可有效提高涡旋机的使用寿命与极限压力，为高性能涡旋装备提供了新的设计思路和方法。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于涡旋装备领域，具体涉及一种高性能涡旋机叶片及其精准设计加工方法。
技术介绍
1、涡旋机基于旋转的动涡旋盘与静涡旋盘周期性形成的体积变小、压力增大的工作原理，实现液体的吸入与输出。该类设备结构简单，运行平稳，是一种能源转换装置。
2、工作过程中，动涡旋盘叶片末端沿着静涡旋盘的外壁紧密接触运动，在压力与体积周期性变化过程，依赖于动、静涡旋齿的接触性能实现压力的传递与液体密封。
3、涡旋机的工作效率、能源转换效率、工作寿命等与涡旋齿间的接触性能密切相关。而涡旋齿间的接触性能由涡旋机叶片的设计和安装方法直接决定，受限于叶片几何形状、安装误差、质心、旋转中心、外界温度、压力等。
4、现有的涡旋叶片的设计方法难以满足涡旋机高极限压力、高使用寿命、低振动的需求。因此，如果能提供了一种考虑接触压力与安装误差的涡旋机叶片设计方法，将有望解决上述问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种高性能涡旋机叶片及其精准设计加工方法。
2、为实现上述专利技术目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种涡旋机叶片，包括静涡旋齿，所述静涡旋齿是由涡旋齿内侧终点与外侧终点连线形成的曲线、涡旋齿外侧初始点与涡旋齿内侧初始点连线形成的曲线、涡旋齿内侧函数曲线、涡旋齿外侧函数曲线组合形成的封闭实体；
3、所述静涡旋齿旋转180°后形成动涡旋齿。
4、优选的，所述涡旋齿内侧函数曲线的坐标(xs(θs),ys(θs))分别为：
<
p>5、6、其中，ρs为涡旋齿内侧基准线半径，θs为涡旋齿内侧基准线展角，θs∈[0,θe]，θe为涡旋齿基准线终端展角。
7、优选的，所述涡旋齿外侧函数曲线的坐标(xd(θd),yd(θd))分别为：
8、
9、其中，ρd为涡旋齿外侧基准线半径，θd为涡旋齿外侧基准线展角，θd∈[0,θe]，θe为涡旋齿基准线终端展角。
10、相应的，所述涡旋机叶片的加工参数设计方法，包括如下步骤：
11、(1)建立所述叶片加工工艺参数与涡旋齿叶片使用寿命、叶片形状的函数关系；
12、(2)建立所述叶片安装位置与接触性能之间的函数关系；
13、(3)迭代增加步骤(1)、(2)中每个函数的自变量，输出获得涡旋机接触压力低、使用寿命长的叶片形状、安装位置与加工参数。
14、优选的，步骤(1)包括：(1.1)建立加工工艺参数与涡旋齿叶片表面应力、硬度间的函数关系，具体方法包括：
15、设零件表面应力的函数模型τ为：
16、τ＝fs1vs2s3 (1)
17、其中，f为单位力系数，v为切削速度，s3为热力转换系数，s1为力影响系数，s2为切削速度影响系数；
18、单位力系数f函数为：
19、
20、其中，τs为材料应力，依据材料的属性获得，s4为切削面积对切削力系数的影响量，s5为切削速度对切削力的强化系数；
21、通过公式(1)、(2)，按最小二乘法拟合获得力影响系数s1、切削速度影响系数s2、热力转换系数s3、切削面积对切削力系数s4、切削速度对切削力的强化系数s5。
22、优选的，步骤(1)还包括：(1.2)建立涡旋齿叶片寿命与涡旋齿叶片表面应力、硬度间的函数关系，具体方法包括：
23、测量切削力fs，利用切削力fs与切削面积s0计算获得切屑力系数f：
24、
25、通过最小二乘法拟合法，拟合获得硬度与工艺参数的关联函数hv：
26、
27、其中，系数s6、s7、s8分别为切削深度对硬度的强化系数、切削速度对硬度的影响系数、进给量对硬度的影响系数；ap为切削深度，fz为进给量；
28、建立工件疲劳寿命与硬度、表面应力的关联函数n：
29、n＝f(τ,hv) (5)
30、
31、优选的，步骤(1)还包括：(1.3)建立加工工艺参数与涡旋齿叶片使用寿命及叶片形状间的函数关系，获得加工工艺参数区间a，具体方法包括：
32、根据公式(1)-(4)，建立工艺参数与工件疲劳寿命的关联规律，具体为：整合公式(1)-(3)，获得残余应力与工艺参数的关联规律1：
33、
34、建立硬度与工艺参数的关联规律2，即所述公式(4)；
35、建立工件疲劳寿命与硬度、残余应力的关联规律3：
36、
37、通过关联规律1、2、3，得到疲劳寿命与工艺参数的关联规律4：
38、
39、工艺参数区间a包括切削速度、进给量和切削深度三个参数，向所述关联规律4中输入已知或测得的参数，计算获得切削速度、进给量和切削深度，形成工艺参数区间a。
40、优选的，步骤(3)输出的参数均在工艺参数区间a范围内。
41、优选的，步骤(2)包括：
42、(2.1)设静涡旋齿内侧初始点的安装位置为动涡旋齿内侧点的安装位置为其中xs，ys，zs分别为静涡旋齿内侧初始点在x,y,z点的坐标，为静涡旋齿内侧终点与坐标系点(0,0,0)在坐标系中的夹角，xd，yd，zd分别为动涡旋齿内侧初始点在x,y,z点的坐标，为动涡旋齿内侧终点与坐标系点(0,0,0)在坐标系中的夹角；装配函数设为f(rs→rd)，以初始动涡旋齿内侧点的安装位置为原位置，在原位置基础上设置增量，获得安装位置函数
43、(2.2)确定动涡旋齿与静涡旋齿的接触点；
44、(2.3)涡旋齿设计的最高压力为p，扭矩为n，温度t，进行数值加载涡旋齿面接触分析，获得静涡旋齿的弹性变形与动涡旋齿的变形，分别为εs，εd，接触极限应力分比为σs，σd；建立函数f{min(εs,εd,σs,εd)}。
45、优选的，步骤(3)包括：调整各函数至：动涡旋齿和静涡旋齿的变形量低于5％，接触应力极限降低量低于5％，且低于涡旋齿材料的许用应力时，停止迭代，输出加工参数。
46、本专利技术具有以下有益效果：本专利技术基于热力学与啮合相关理论，提供了一种新的涡旋机叶片的设计方法和安装工艺参数确定方法，综合考虑了接触压力和安装误差，可有效提高涡旋机的使用寿命与极限压力，为高性能涡旋装备提供了新的设计思路和方法。
本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种涡旋机叶片，其特征在于：包括静涡旋齿，所述静涡旋齿是由涡旋齿内侧终点与外侧终点连线形成的曲线、涡旋齿外侧初始点与涡旋齿内侧初始点连线形成的曲线、涡旋齿内侧函数曲线、涡旋齿外侧函数曲线组合形成的封闭实体；
2.根据权利要求1所述叶片，其特征在于：所述涡旋齿内侧函数曲线的坐标(xs(θs),ys(θs))分别为：
3.根据权利要求1所述叶片，其特征在于：所述涡旋齿外侧函数曲线的坐标(xd(θd),yd(θd))分别为：
4.权利要求1-3任意一项所述涡旋机叶片的加工参数设计方法，其特征在于：包括如下步骤：
5.根据权利要求4所述方法，其特征在于：步骤(1)包括：
6.根据权利要求5所述方法，其特征在于：步骤(1)还包括：
7.根据权利要求6所述方法，其特征在于：步骤(1)还包括：
8.根据权利要求7所述方法，其特征在于：步骤(3)输出的参数均在工艺参数区间A范围内。
9.根据权利要求4所述方法，其特征在于：步骤(2)包括：
10.根据权利要求4所述方法，其特征在于：步骤(3)包括：调整各函数至：动涡旋齿和静涡旋齿的变形量低于5％，接触应力极限降低量低于5％，且低于涡旋齿材料的许用应力时，停止迭代，输出加工参数。
...
【技术特征摘要】
1.一种涡旋机叶片，其特征在于：包括静涡旋齿，所述静涡旋齿是由涡旋齿内侧终点与外侧终点连线形成的曲线、涡旋齿外侧初始点与涡旋齿内侧初始点连线形成的曲线、涡旋齿内侧函数曲线、涡旋齿外侧函数曲线组合形成的封闭实体；
2.根据权利要求1所述叶片，其特征在于：所述涡旋齿内侧函数曲线的坐标(xs(θs),ys(θs))分别为：
3.根据权利要求1所述叶片，其特征在于：所述涡旋齿外侧函数曲线的坐标(xd(θd),yd(θd))分别为：
4.权利要求1-3任意一项所述涡旋机叶片的加工参数设计方法，其特征在于：包括如下步骤：
5.根...
【专利技术属性】
技术研发人员：彭斌，刘亦航，陈雪林，
申请(专利权)人：兰州理工大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。