雙螺桿式空氣壓縮機轉子的振動特性研究

吳智慧，陳鵬，杜祖超

（武昌首義學院機電與自動化學院，湖北 武昌 430064）

前言

隨著機械產品結構的多元化發展，螺桿式壓縮機分為單螺桿式和雙螺桿式，由于現在工程設備的高效率，低噪聲，低能耗要求，雙螺桿式壓縮機運用得越來越廣泛，轉子平行裝配在壓縮機主機的腔體內，變換不同區間壓力值，實現氣體的壓縮功能。陰陽轉子是空氣壓縮機結構件中主要的組成部分，轉子是否產生共振現象決定了結構運行是否穩定。本文運用了Pro/E軟件研究了雙螺桿式空氣壓縮機陰轉子的動態特性，并對該固有特性進行了分析研究。

1 壓縮機陰陽轉子嚙合特性

本文轉子結構中陽螺桿采用右旋螺旋結構，齒數為 4，螺桿長度為135mm。陰螺桿采用左旋螺旋結構，齒數為6，螺桿長度為135mm，陰陽螺桿相互嚙合運動。

圖1 陰陽轉子嚙合傳動圖

2 壓縮機轉子模態分析

模態分析主要計算機械結構的固有頻率，機械結構不同的振動形式，對應一定的頻率值。求得頻率后，通過改變機構振動方式避免結構的振動頻率和基本頻率相等或者相近，避免共振。

運用Pro/E軟件建立陰轉子的三維模型，選擇模態分析模塊，對模型進行材料的定義，網格的劃分，其中網格模型的節點為34506個，單元為19776個，約束條件的建立，最后求解得到陰轉子的前六階振動頻率。并通過前六階頻率與陽轉子的基頻進行對比，找出產生噪聲的原因，確定共振的區域，避免該區域，優化轉子的結構。

圖2 陰轉子的三維模型

圖3 陰轉子的網格模型

本文轉子的密度為7.88g/cm3，彈性模量為206Gpa，泊松比為0.3，其模態分析結果如下表：

表1 前六階頻率

如圖所示，一階頻率時轉子繞著軸心轉動，二階和三階頻率時轉子出現三個方向的彎曲，四階和五階頻率時轉子出現扭轉，六階頻率時轉子出現擺動現象。

根據轉子轉速可以算出陽轉子的轉動周期為1/34s，那么轉動的頻率為34Hz，陰轉子的轉動頻率通過模態分析遠遠大于陽轉子的轉動頻率，所以陰陽轉子不可能存在共振現象，運動過程中穩定性較好。

圖4 一階模態振型

圖5 二階模態振型

圖6 三階模態振型

圖7 四階模態振型

圖8 五階模態振型

圖9 六階模態振型

3 結論

通過對空氣壓縮機的陰轉子進行模態分析，得出轉子的前六階固有頻率，并與陽轉子的基頻進行比較，判定空氣壓縮機結構是否能穩定運行，避免轉子共振產生噪聲和機械磨損，本文的模態分析為提高雙螺桿式空氣壓縮機的運行穩定性提供了理論依據。