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 鋁合金渦卷式壓縮機渦卷之應力與動力分析 研究生：林坦蔚 指導教授：蔡忠杓 博士 國立交通大學機械工程研究所 摘 要 由於近年來人們對於壓縮機的性能要求趨向高效率、高可靠性、低噪音和低成本，同時由於環保意識的提昇及節約能源的推動，使得現有類型的壓縮機已漸不能滿足未來之需求，因此，對於現有壓縮機性能之改良、新冷媒之研究及新型壓縮機的研發更加殷切，鋁合金渦卷式壓縮機亦即在這種情況下，逐漸被重視且已有實用型產品上市。 就現有對渦卷之研究，大部份的渦卷外形是由標準漸開線所創成。但由數學的觀點得知，標準漸開線僅為延伸漸開線的一個特例。因此，本文採用延伸漸開線做為基礎曲線，對渦卷的外形做深入的研究。本文主要是探討渦卷之應力與動力分析，首先利用相關公式計算得知渦卷式壓縮機其渦卷上各代表點的溫度和壓力分佈資料，藉由有限元素法模擬分析單一渦卷之應力分佈與變形量的關係，其後再將固定渦卷與繞動渦卷相結合，探討其受壓力與溫度影響下的接觸應力與變形量之關係，進而提出相關方法給予修整。 最後當渦卷於運轉過程中會因為有不同方向的氣體作用力作用於渦卷，故利用數值模擬的方式，對於繞動渦卷進行動態模擬分析，進而幫助往後的渦卷式壓縮機設計與製造；渦卷材質方面則採用較具未來性之6061-T6鋁合金為渦卷材料。
 Stress and Dynamic Analyses of Scrolls of An Aluminum Alloy Scroll Compressor Student：Tan-Wei Lin Advisor：Dr. Chung-Biau Tsay Institute of Mechanical Engineering National Chiao Tung University Abstract In recent year,the performance of a compressor demands with higher efficiency, superior reliability, lower noise, and lower cost. Simultaneously, the environmental protection and energy conservation consciousness have promoted to cause that the current compressors do not satisfy their future requirements. For this reason, improving a compressor’s performance, investigation of new refrigerants and development of new types of compressors are more eager than ever. Consequently, an aluminum alloy scroll type compressor is gradually drawn attention to the designer and already have practical products in the market. It is known that the most shapes of scrolls are composed of standard involute curves. From the mathematical point of view, the involute curve is merely a special case of the extended involute curve unwrapped from the same base circle. Therefore, a more general shape of scroll, the extended involute scroll, is adapted in this thesis. In this study,investigations on stress and dynamic analyses of scrolls are studied. First, deformation and stress of the fixed and orbiting scroll members under operating conditions are simulated. This is accomplished using the finite element method based on the calculated datum concerning the pressure and temperature effects,As a result,the distributions of stress and deformation of the fixed and orbiting scrolls due to the pressure and temperature effects are obtained.Second, combining the fixed and orbiting scroll members under operating conditions, most of the efforts were devoted to deal with the contact stress and deformation of scrolls due to the pressure and temperature effects, and proposed related methods to modify the scrolls. Finally, when fixed and orbiting scroll members under operating conditions, some gas forces exert on scrolls in different directions, therefore, the dynamic behaviors of the orbiting scroll members are simulated by choosing the 6061-T6 aluminum alloy as the material for the scroll. The simulated results are most helpful to the design and manufacture of the scroll compressors.
 【目 錄】 頁次 中文摘要 i 英文摘要 ii 誌 謝 iii 目 錄 iv 表 目 錄 vi 圖 目 錄 vii ⅷ 第一章 緒論 1.1 簡介 1 1.2 文獻回顧 4 1.3 研究方向 5 第二章 延伸漸開線形渦卷之幾何數學模式 2.1 前言 7 2.3 延伸漸開線形渦卷幾何模式 9 2.3 渦卷外形之數學模式 12 2.4 渦卷葉片之接觸分析 15 2.5 渦卷之幾何外形分析 18 2.6 渦卷之系統分析 19 第三章 有限元素法分析 3.1 前言 21 3.2 基本理論說明 21 3.3 渦卷幾何模型與分析資料說明 23 3.3.1 前處理 26 3.3.2 分析計算 30 3.3.3 後處理 30 3.4 分析結果 31 3.5 結論 52 第四章 動力分析 4.1 前言 61 4.2 繞動渦卷與歐丹環動力分析 61 4.2.1 繞動渦卷運動方程式 61 4.2.2 歐丹環運動方程式 66 4.2.3 動力分析 66 4.3 範例 69 4.4 結論 75 第五章 結論與未來展望 5.1結論 77 5.2未來展望 79 參考文獻 80
 【參考文獻】[1] Hayano, M., Nagatomo, S., Sakata, H., and Hatori, M., “Performance Analysis of Scroll Compressor For AIR Conditioners,” Proceedings of the International Compressor Engineering Conference at Purdue, pp. 856-871, 1986.[2] Ishii, N., Fukushima, M., Sano, K., and Sawai, K., “A Study on Dynamic Behavior of a Scroll Compressor,” Proceedings of the International Compressor Engineering Conference at Purdue, pp. 901-916, 1986.[3] Morishita, E., Sugihara, M., and Nakamura, T., “Scroll compressor Dynamics,” Bulletin of JSME, Vol. 29, No.248, 1986.[4] Suefuji, K., Shiibayshi, M., and Minakat, R., “Defformation Analysis of Scroll Members in Hermetic Scroll Compressors for Air Condictioners,” Proceedings of the International Compressor Engineering Conference at Purdue, pp. 583-590, 1988.[5] 吳慶輝譯，漸開線渦卷式壓縮機幾何理論，機械月刊，第16卷第八期，第82-92頁，民國78年8月。[6] 陳俊榕，延伸漸開線形渦卷式壓縮機渦卷之應力與應變分析，國立交通大學機械工程研究所碩士論文，民國82年。[7] 賴慶峰，延伸漸開線形渦卷曲線之最佳化研究，國立交通大學機械工程研究所碩士論文，民國83年。[8] 石伊蓓，延伸漸開線渦卷密合度的最佳化設計，國立交通大學機械工程研究所碩士論文，民國84年。[9] 李運仁，螺旋式與渦卷式壓縮機之幾何暨熱流與動力分析，國立台灣大學機械工程研究所博士論文，民國85年。[10] 施智綱，延伸漸開線形渦卷式壓縮機渦卷之有限元素應力分析，國立交通大學機械工程研究所碩士論文，民國86年。[11] 吳瑞德，渦卷式壓縮機曲軸之振動分析，國立交通大學機械工程研究所碩士論文，民國86年。[12] 彭珈琍、楊志誠、李銘孝，渦卷式冷媒壓縮機繞動渦卷的有限元素法分析，機械月刊，第21卷第五期，第244－255頁，1995。[13] 陶恕，渦卷壓縮機有限元素法的應用，機械工業雜誌，第216-222頁，民國83年五月號。[14] 賴慶峰，渦卷式壓縮機重要元件有限元素分析簡介，中國冷凍空調雜誌，第99-106頁，1995年10月。[15] Ikegawa, M., Tojo, K., Maeda, N., “Scroll compressor with Self- Adjusting Back-Pressure Mechanism,” ASHRAE Transactions, Vol. 90, Part2, pp. 314-326, 1984.[16] Takahisa, H., Noriaki, M., and Kimiharu, T.,“Development of High Efficiency Scroll Compressors for Air Conditioners,”Proceedings of the International Compressor Engineering Conference at Purdue, pp. 65-74, 1988.[17] Nieter, J. J.,“Dynamic of Scroll Suction Process,”Proceedings of the International Compressor Engineering Conference at Purdue, pp. 165-176, 1988.[18] Morishita, E., Kitora, Y., and Yamamoto, S., “Rotating Scroll Vacuum Pump,” Proceedings of the International Compressor Engineering Conference at Purdue, pp. 198-204, 1988.[19] Ishii, N., Yamamura, M., and Morokoshi, H., “On The Superior Dynamic Behavior of a Variable Rotating Speed Scroll Compressor,” Proceedings of the International Compressor Engineering Conference at Purdue, pp. 75-82, 1988.[20] Litvin, F. L., Theory of Gearing, NASA Reference Publication 1212, Washington D.C., 1989.[21] Chandrupatla, T. R., Belegundu, A. D., Introduction to Finite Elements in Engineering, New Jersey, 1997.[22] Geradin, M., Rixen, D., Mechanical Vibrations Theory and Application to Structural Dynamics, New York, 1994.[23] James, M., L., Smith, G., M., Wolford, J., C., Whaley, P., W., Vibration of Mechanical and Structural Systems, New York, 1994.[24] Moretti, P., M., Modern Vibrations Primer, New York, 2000.[25] Hatch, M., R., Vibration Simulation Using Matlab and Ansys, New York, 2001.
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 1 螺旋式與渦卷式壓縮機之何暨熱流與動力分析 2 延伸漸開線渦卷密合度的最佳化設計 3 延伸漸開線形渦卷曲線之最佳化研究 4 延伸漸開線形渦卷式壓縮機渦卷之應力與變形分析 5 曲線擬合法於渦卷型線數控加工之研究 6 雙圓弧嵌合法於渦卷型線幾何建模與數控加工之研究 7 渦卷式冷媒壓縮機壓縮室熱流場特性之數值模擬分析 8 變頻氣冷式冰水主機節能耗電分析 9 應用基因演算法於空調系統之最佳運轉 10 爪式轉子幫浦之機構研究分析 11 二氧化碳渦卷式壓縮機渦片尺寸的分析與設計 12 渦卷式壓縮機渦卷之溫度與熱變形分析 13 滑卷式壓縮機曲軸之振動分析 14 延伸開線形渦卷式壓縮機渦卷之有限元素應力分析 15 代數螺旋線型渦卷式壓縮機之三維熱流場數值模擬分析

 1 黃國榮（民80）：德爾菲啟智教學基本能力之研究。國立彰化師範大學特殊教育學報，6，225-246。 2 張靜儀（民84）：一位優秀國小自然科教師的教學個案研究。屏東師院學報，8，138-165。 3 吳武典、韓福榮、林純真、林敏慧（民87）：我國特殊教育師資培育與進用政策之分析與調查研究。國立臺灣師範大學特殊教育學系、特殊教育中心特殊教育研究學刊，16期，1-22。 4 何雲光、何啟照、王瑞賢、王慧蘭（民85）：國小教師班級經營策略之俗民誌研究。教育研究資訊雙月刊，四卷四期，頁49-63。 5 高強華（民85）：教師生涯發展及其影響因素之研究。國立臺灣師範大學教育研究所集刊，30，113-133。 6 楊深坑、劉文惠（民83）：我國實習教師制度之規劃研究。教育研究資訊，2卷4期，頁1-15。 7 歐用生（民83）：做一個有反省能力的教師。研習資訊，第十一卷，第五期，265-275。 8 23. 楊中傑，「DSL與線纜數據機競爭分析」，通訊雜誌54期，頁2~3，民國87年7月。

 1 渦卷間隙對渦卷式壓縮機影響之數值分析 2 渦卷式壓縮機渦卷之應力與變形分析 3 鋁合金渦卷之洩漏與效率分析 4 渦卷式壓縮機族群設計最佳化之研究 5 渦卷式壓縮機渦卷之溫度與熱變形分析 6 渦卷壓縮機振動噪音診斷及改善 7 渦卷壓縮機軸向順從機構設計與應用之研究 8 雙繞動延伸漸開線渦卷式壓縮機之研究 9 整合往復式壓縮機之效能模擬分析 10 歐丹環式渦卷壓縮機之動平衡設計及動載模擬 11 可變壓縮比渦卷式壓縮機之研究 12 漸開線錐形齒輪對之特性研究 13 粉末冶金之正齒輪精度改善 14 無油渦卷式空壓機散熱設計之數值與實驗整合研究 15 在高壓區域內螺旋凹槽式真空邦浦之流場計算

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