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研究生:王俊偉
研究生(外文):Chun-Wei Wang
論文名稱:雙螺桿壓縮機轉子齒面接觸區之參數化設計
論文名稱(外文):Parameterized Design of the Rotor Contact Zone for Twin-Screw Compressors
指導教授:吳育仁吳育仁引用關係
指導教授(外文):Yu-Ren Wu
學位類別:碩士
校院名稱:國立屏東科技大學
系所名稱:機械工程系所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2013
畢業學年度:101
語文別:中文
論文頁數:63
中文關鍵詞:雙螺桿壓縮機轉子線形封閉線性能改善齒面接觸
外文關鍵詞:twin-screw compressorrotor profilesealing lineperformance improvementtooth surface contact
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雙螺桿壓縮機內部重要的核心元件包括一對相互嚙合運轉之螺旋轉子,而影響壓縮機性能之關鍵洩漏途徑及幾何特徵包括轉子齒面接觸線、洩漏三角形、封閉容積與轉子齒槽容積。本文建立由轉子齒形端面之封閉線創成轉子齒形之數學模型,並利用二次方程式控制封閉線各區段之形狀及給予限制條件,根據座標轉換及齒輪包絡原理推導出一對相互共軛之雙螺桿轉子齒形,此外,本文探討理論齒形嚙合運轉過程中,接觸線上間隙帶隨公轉子轉角之變化,找出接觸線上接觸區範圍並建立極座標方程式,藉由接觸區控制點之半徑與壓力角作為設計參數以定義接觸區線形方程式,更針對接觸區之幾何形狀對壓縮機性能指標之影響進行探討,其中,本文探討之性能指標包括效率指標、力矩比、均勻滑差比、接觸力峰值指標,當滑動率和齒面接觸力越大則轉子齒面磨損程度越嚴重,而在力矩變動幅值越大時,轉子在運轉時將越不平穩且可能伴隨較大振動及噪音,故本文以接觸區線形控制參數作為設計變數對性能指標進行趨勢探討,從而獲得改變接觸區之幾何形狀對於性能指標之影響,以提供封閉線在齒形設計上之參考依據,並作為雙螺桿壓縮機性能改善之理論基礎。
Critical core elements within a twin-screw compressor include a pair of mutually meshing screw rotors, whereas key factors of leakage paths and geometric characteristics that affect the performance of compressors include rotor tooth surface contact lines, leakage blowhole, trapped volumes, and tooth groove volumes. In this work, we will establish a mathematical model of rotor profile generation using the sealing line of the rotors, use quadratic equations to control the shapes of the various sealing sections, as well as apply constraints. Tooth profile for a pair of conjugate twin-screw rotors are derived according to coordinate transformtion and envelope theory. In addition, this work looks into the changes in clearance on the contact line with respect to the rotation angle of the male rotor during meshing operation, finds the contact zone on the contact line and establishes the polar expression. The radius of the contact zone control points and the pressure angles are used as design parameters for defining the contact zone curve equation. Furthermore, the effects of the geometric shape of the contact area on compressor performance indices are studied. The performance indices discussed in this work include compressor efficiencies, specific sliding, tooth diffrential contact force, and gas internal torque. The higher specific sliding and tooth diffrential contact force, the greater the wear on the tooth surfaces; the larger the variation in torque, the less stable the operation of the rotor (which could also be accompanied by relatively larger vibrations and noise). Therefore, this study looks into the trends of performance indices using contact zone line control parameters as design variables, thereby obtaining the effects of change in the geometric shape of contact zone on performance indices to serve as a reference for tooth design concerning sealing lines as well as a theoretic basis for the improvement of twin-screw compressor performance.
目錄
摘要 I
Abstract II
謝誌 IV
目錄 V
表目錄 VII
圖目錄 VIII
符號表 X
第1章 緒論 1
1-1 前言 1
1-2 文獻回顧 5
1-3 研究背景與動機 8
1-4 論文架構 9
第2章 封閉線創成轉子齒形數學模型之建立 14
2-1 接觸線定義 15
2-2 公、母轉子與封閉線形座標系定義及參數設定 17
2-3 封閉線創成轉子齒形數學模型推導 18
2-4 封閉線創成轉子齒形限制條件 21
2-4-1 幾何限制 22
2-4-2 反折點限制 23
2-4-3 齒間干涉限制 24
2-5 本章結論 25
第3章 轉子間接觸區之參數化設計 26
3-1 驅動側接觸區定義方式 26
3-2 封閉線長度計算 28
3-3 接觸區範圍定義 28
3-4 接觸區線形參數化設計 31
3-5 本章結論 32
第4章 雙螺桿壓縮機性能評估指標計算 34
4-1 轉子齒面嚙合點之相對速度計算 34
4-2 轉子齒面嚙合點之接觸力計算 35
4-3 氣體力矩計算 37
4-4 雙螺桿壓縮機性能指標計算 39
4-4-1 效率指標 39
4-4-2 公、母轉子力矩比 40
4-4-3 均勻滑差比 40
4-4-4 接觸力峰值指標 42
4-5 本章結論 42
第5章 數值範例 44
5-1 原始齒形設計與本文之設計方法比較 44
5-2 多目標函數優化設計方法 49
5-2-1 B線形設計 50
5-2-2 B線形多目標函數之優化結果 54
5-3 氣體內力矩探討 56
5-4 本章結論 57
第6章 結果討論與未來展望 58
6-1 結果討論 58
6-2 未來展望 59
參考文獻 60
作者簡介 63

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