涡旋压缩机动涡旋盘热弹性耦合分析

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Thermal-elastic coupled analysis of orbiting scroll of scroll compressorHAN Kun， TANG Jing-chun， GAO Cai(School of Machinery and Automobile Engineering，Hefei University of Technology，Hefei 230009，China)Abstract：The stress and strain of orbiting scroll under the coupling field of temperature and gas forcesare calculated by using ANSYS software.The change rule of stress and strain is obtained.The resultsshow that the temperature is the crucia1 factor affecting the stress and strain of orbiting scroll and thedistribution situation of stress and strain of orbiting scroll during work can be reflected by the finiteelement analysis。

Key words：orbiting scroll；ANSYS software；thermal-mechanical coupling；stress；strain涡旋压缩机因具有高效率、高可靠性、低噪音和低成本等优点而被广泛应用。涡旋压缩机动静涡旋盘是其最重要部件，因工作特性复杂，动静涡旋盘应力分布难以通过解析方法求得[1]。

有限元分析可以对动静涡旋盘进行应力与应变计算和研究，对动静涡旋盘的设计和制造具有- 定的指导意义。

目前，有 2种动涡旋盘的分析方法。文献[1-3]仅考虑气体力，忽略温度场的作用；文献[4-5]考虑到温度惩气体力的耦合，但所加的温度场是线性变化的。以上 2种方法在分析动涡旋盘时，都没有考虑静涡旋盘对动涡旋盘的作用。

涡旋压缩机工作过程中，会产生不同的压缩腔室，每个腔室的压力温度都不同。本文仿真计算时，对不同的压缩腔室分区施加不同的温度(非线性变化的温度)。同时，分析动涡旋盘时，还考虑到其与静涡旋盘接触而产生的位移和力的约束。

1 仿真前处理1.1 动涡旋盘三维模型的建立为避免软件之间图形转换可能造成的图元丢失，在 ANSYS中直接建立动涡旋盘模型。动涡旋盘的涡旋齿是-种连续的渐开线形线，可根据渐开线方程，利用 ANSYS中的 APDL语言建立模型。

涡旋齿内侧渐开线方程： yrcsi∞n (n/1 80∞)c ons ㈣ - -r( a) -涡旋齿外侧渐开线方程：收稿日期：2012-12-19；修回日期：2013-01-04基金项目：国家自然科学基金资助项 目(20803016)作者简介：韩 坤(1989-)，男，山东鱼台人，合肥工业大学硕士生；， t(1966-)，男，安徽巢湖人，博士，合肥工业大学副教授，硕士生导师；高 yJ-(1974-)，男，安徽蚌埠人，博士，合肥工业大学副教授，硕士生导师。

772 合肥工业大学学报(自然科学版) 第36卷表 2列出了3种情况下的计算结果。通过对比可以发现，温度是影响应力和应变的主要因素，齿根底部介质的压力和温度最大，应力值最大，是最容易出现损坏的地方。

表2 3种情况下的计算结果图7的裂纹是动涡旋盘刚开始损坏的位置，与耦合场下应力偏大的区域相符合。本次分析计算考虑到静涡旋盘对动涡旋盘径向位移约束，因而最内圈涡旋齿的受力类似悬臂梁，齿头产生最大位移，应力最大值出现在有约束的位置。

图 7 买际严 生损坏 的动j两旋盈4 结 论(1)由动涡旋盘的裂纹可以看出，有限元模型的边界条件施加是正确的，能够预测危险点存在的区域，对该型号动涡旋盘设计和制造有指导意义。

(2)由3种计算结果对比可知，对动涡旋盘造成较大影响的是热应力部分，动涡旋盘的变形趋势与只受到热应力影响的情况相似〉低涡旋压缩机工作环境的温度能够降低热应力，对动涡旋盘是有利的。 ，(3)铸铝材质的动涡旋盘热膨胀系数较大，产生最大变形量的齿头处与高压区，极易造成齿头的磨损和密封不良，影响压缩机的效率。故应事先降低动涡旋盘涡旋齿中心部分的高度，保证动静涡旋盘在稳定运转时密封良好。

(4)动涡旋盘涡旋齿和底盘接触部位也是应力较大的区域，两者的连接应旧能以圆角过渡，减少应力集中。