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类摆线压缩机定转子润滑性能分析

摘要 类摆线压缩机是一种新型的回转式压缩机。本文简单介绍了类摆线压缩机转子的受力分析；利用弹性动力润滑理论，对定转子间的润滑性能进行了比较详细分析，并计算了其最小油膜厚度：分析了主轴直径、跨距、定转子间隙大小对其润滑性能的影响，为压缩机的设计提供理论参考。

关键词 类摆线压缩机 最小油膜厚度 相对曲率半径 接触压力

0 前 言

随着生产技术的进步，回转式压缩机连续按2下打印键打印头运转取代往复式活实验夹持长度较短实验机拉力实验机夹具的正确应用方式应当是塞压缩机是压缩机发展的必然趋势。作为一种新型的回转式压缩机，类摆线压缩机具有体积小、重量轻、平衡性好、转速高、输气均匀、压力脉动小、容积利用率高等许多优点，虽然目前尚无这种压缩机的应用，但是开发研制这种新型的压缩机，对压缩机的发展有非常重要的意义。在研制类摆线压缩机的过程中，发现定转子耐磨性较差，磨损较为严重，磨损后的补偿性较差，因此针对这些问题，进行以下工作：定转子型线分析；材料分析及实验；润滑油品分析及实验；定转子受力分析；定转子润滑性能分析计算等等。本文主要主分析定转子润滑性能，计算其最小油膜厚度，分析了润滑性能的影响因素，改善其润滑性能，提高其耐磨性能，从而提高其使用寿命。

1 类摆线压缩机转子受力分析

转子受力分析简图如图1所示，作高速行星运动的转子受到以下力作用：

（1） 转子惯性离心力Sr；

（2） 容积腔气压差所产生的合力Fg：

（3） 相位内齿轮所受的径向力fr、圆周力ft；

（4） 转子受到主轴的接触压力Nr；

（5） 转子受到定子的接触压力N1、N2；

图 1 转子受力分析

2 定转子接触点润滑分析

由于定子的三个尖点处型线的曲率半径为零，转子鼓励企业把新材料用起来的四个圆顶角处的曲率半径比较小，润滑性能较差，也较容易磨损。以下主要是针对此两处接触情况进行分析讨论，如图2所示。根据前面的受力分析，由于转速较高，惯性离心力很大，经计算比主轴作用于转子上的接触压力Nr和相位外齿轮作用于相位内齿轮的径向力fr大得多，是影响定转子啮合点润滑性能最重要的力。但是，接触压力Nr方向刚好与转子惯性离心力Sr相反，可以大大削弱它的作用。还有相位外齿轮作用于相位内齿轮的径向力fr的方向也刚好与转子惯性离心力Sr相反，也将削弱它的作用。

(a) (b)

图 2 定转子接触点润滑分析

对于图2a的情况：惯性离心力大小不变，方向随主轴的转动而改变，此时惯性离心力将指向接触点5。此时为五点接触，有两个接触点3和两个接触点7以及一个接触点5一起承受力的作用。根据Hertz线接触应力分布，在定子的尖点处，曲率半径为零，两个接触点7就不承受接触压力的作用，或者说它承受接触压力极小，是良性磨损，磨损之后，不再承受接触压力的作用。接触点3的相对曲率半径比接触点5相对曲率半径大得多，因此接触点5承担的接触压力比接触点3小得多，力主要由两个接触点3承担。接触点5承担的接触压力小使其润滑性能比较好，而接触点3由于它相对曲率半径较大而使其润滑性能较好。对于接触点1，由于惯性离心力指向它的反向。此处根本就不存在接触压力的作用，所以此时此处的润滑性能很好。

3 最小油膜厚度的计算与讨论

根据某厂提出的要求：制冷量为10，000kcal／h（116．667kW），制冷工质R22，本压缩机研究室根据以上要求进行类摆线压缩机的样机设计工作。

根据Hooke线接触润滑状态图，从刚性等粘度润滑到变粘度润滑各种不同的润滑理论，相应地得出了四个不同的油膜厚度计算公式［3］。

（1） 刚性一等粘度区

（2） 刚性—变粘度区

（3） 弹性—等粘度区

（4） 弹性—变粘度区

式中 B——压缩机转子厚度 α——润滑油粘压系数

U——相对速度 N——接触点处的正压力

E——综合弹性模量 R——接触点处综合曲率半径

η0——润滑标准大气压下的油粘度

利用线接触润滑状态图，根据工况条件计算出粘性参数gv和弹性参数ge的数值，根据相应的公式计算最小油膜厚度hmin。在上面的分析中，由于在接触点4，其润滑性能比较差，现在就针对该点进行最小油膜厚度的计算，电机转速取1500r／min，支点跨距取180mm，定转子最大间隙取0．06mm，主轴直径取30mm，运动粘度取30cst，计算结果最小油膜厚度为0．81μm，处于弹性—变粘度区，其润滑性能是比较差的，说明摆线压缩机的有些参数设计不很理想。

根据图3、图4、图5可以得出：开始处于弹性—变粘度区，最小油膜厚度的变化极小，大约在0．7μm～0．9μm之间变化，然后进入刚性—变粘度区，最小油膜厚的变化开始增加，大约在0．9μm～1．0μm之间变化，但是区间极短，紧接着进入刚性一等粘度区，最小油膜厚度迅速增大，从1．0μm几十μm。

图3 主轴直径—最小油膜厚度关系

图4 跨距—最小油膜厚度关

图5 最大间隙—最小油膜厚度关系

4 结论

（1） 主轴直径的增加，最小油膜厚度大大增加，处于刚性一等粘度区。但是，主轴直径要受到型线设计中小圆直径的限制。

（2） 跨距的减小，最小油膜厚度增加，处于刚度一等粘度区。但是，跨距的减小压缩机容积利用率将减小。

（3） 定转子最大间隙的增加，最小油膜厚度增加，处于刚性一等粘度区。但是，要密封住气体，定转子间的最大间隙要受到限制。