1、永州职业技术学院毕业论文（设计）提 交 时 间 ： 年 月 日专 专 专 专 专 专 专 专专专专专 汽车机械增压器2永 州 职 业 技 术 学 院 毕 业 论 文 （ 设 计 ）诚 信 声 明本人郑重声明：所呈交的大专毕业论文（设计），是本人在指导老师的指导下，独立进行研究所取得的成果。成果不存在知识产权争议，本毕业论文（设计）不含任何其他个人或集体已经发表过的作品成果。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。毕业论文（设计）作者签名： 20 年 月 日永州职业技术学院I摘 要随着汽车尾气排放问题日趋显著，人们对汽车低油耗和低排放的要求越来越高。因此，本文主要围绕着如何利用机械增压器提高发
2、动机性能进行研究的。本文介绍了机械增压器的发展历史及现状，发现我国在机械增压方向的研究还有很大空白，得出了课题研究的主要内容：(1) 分析机械增压器的工作原理，探究与发动机的匹配条件；(2) 重点设计关键部件罗茨转子。通过比较不同型线转子，得出各种型线的优、缺点，进而对渐开线进行设计。关键词 机械增压器；工作原理；结构设计全套图纸，加 153893706IIABSTRACTAlong with the car exhaust emission problems are becoming significant, people have become increasingly demanding
3、 on the cars low fuel consumption and low emissions. Therefore, this article mainly centered on how to use the mechanical supercharger to improve engine performance. This article describes the history of the development of the supercharger and the status quo, and found that our country there are lar
4、ge gaps in the direction of mechanical supercharger, and the main elements of the research are obtained:(1) Analysis of the working principle of the mechanical supercharger to explore the matching conditions with the engine; (2) Focused on the design of key components - Roots rotor. By comparing dif
5、ferent rotor type line, and concludes that the various type line of advantages and disadvantages, and then to design the involute profile.Keywords Mechanical supercharger; Working principle; Structural design永州职业技术学院III目录第 1 章 绪论 11.1 引言 .11.2 机械增压器发展历史及现状 .21.3 本课题主要设计内容 .3第 2 章 机械增压器的工作原理 42.1 机械增
6、压器的工作原理和特点 .42.2 机械增压工作过程分析 .52.2.1 发动机的机械增压过程 52.2.2 机械增压器理论工作过程 62.2.3 机械增压器的实际工作过程 82.3 机械增压器与发动机的基本匹配条件 .8第 3 章 机械增压器结构与性能分析 113.1 机械增压器结构分析 .113.2 与涡轮增压器比较 .12第 4 章 机械增压器零部件的设计 154.1 Pro/E 三维制图软件介绍 154.2 总体结构设计 .154.3 主要零部件的结构设计 .174.3.1 转子设计 174.3.2 壳体设计 184.3.3 增压器壳体图 184.3.4 前盖三围结构图 194.3.5
7、轴的设计计算 204.3.6 齿轮的设计 224.3.7 滚动轴承刚度计算 244.3.8 键的设计 25结论 26参考文献 .27致谢 .28永州职业技术学院1绪论1.1 引言自内燃机问世以来，人们就一直在探索如何改普它的性能。在能源问题的影响下，人们对汽车发动机的动力性和燃料经济性要求越来越高，而且由于汽车尾气排放问题日趋显著，各国政府对排放的限制也越来越严格，目前汽车发展的方向是高经济性和低公害性。世界各大汽车企业都针对这一趋势不断开发新的技术，以实现人们对汽车低油耗和低排放的要求。要提高发动机的动力性能，可以采用更大排量的发动机或采用进气增压技术。但大排量发动机显然不能满足人们对燃料经
8、济性和环保性的需求。通过增压，可以将更多的空气送入发动机的燃烧室中。这就意味着有更多的燃油可以参与燃烧，以产生更强的燃烧压力和输出动力。发动机的增压方法根据驱动增压器所用能量来源的不同，基本上可以分为以下几类：第一类是机械增压器，如图 1-1(a)所示，增压器由发动机曲轴通过齿轮( 或链条等) 直接驱动；第二类是废气涡轮增压器，如图 1-1(b)所示，增压器是由发动机工作时排出的废气带动的。第三类是复合增压器，如图 1-1(c)所示，即在发动机上，既采用废气涡轮增压器，又同时应用机械驱动式增压器。此外还有惯性增压、气波增压等其他增压方式。a) 机械增压器 b) 废气涡轮增压器 c)复合增压器图
9、 1-1 增压器机械增压器可以使内燃机的废气排放最多减少 50，输出功率最多提高55,并且具有其结构简单、制造成本低，降低噪声，减少废气排放等优点；特别在瞬态响应快、工作性能稳定、使用寿命长等方面优于目前已大量使用的涡轮增压器。这为我国汽车排放达到新的国际标准提供了新的途径。对于环境环2保也有着深远的社会效益。图 1-1(a)所示的为一台装有机械增压器的发动机。随着汽车工业的发展对机械增压器的转速要求越来越高，体积也越来越小。由于转速的提高，一方面使得增压器的转子惯性作用明显增加，由此产生的振动、噪声等问题严重影响了其工作性能和使用寿命；另一方面，由于高转速以及轻型化的要求，机构的弹性变形已不
10、可避，但人们对振动噪声的要求越来越严格，机械增压器动态性能已成为衡量它的惟能的重要指标。1.2 机械增压器发展历史及现状采用机械增压器，在原有发动机基型上不需要额外制造高精密的零部件。可使发动机东丽输出大幅度增加，又不至于造成维修体系的负担。在不改变发动机结构参数的情况下，设法提高进入气缸的气体密度，改善燃烧经济性，提高工作性能，使发动机达到体积小但功率密度高，对发动机增压使满足这种要求的最佳措施。今年来，发动机进气增压技术已经成为国内外内燃机发展的重要方向之一，过去增压技术主要应用于柴油机上，现在汽油机上也开始大量采用增压技术。这是因为发动机进气增压技术有许多优点：(3) 能够提高发动机升功
11、率；(4) 能够降低发动机比油耗和比质量；(5) 能够减轻发动机排气污染；(6) 能够扩大发动机变型系列。随着增压器设计和工艺水平的提高，高温耐热材料的解决，增压器的性能和使用寿命大为提高，体积和质量显著减少，从而使汽车发动机增压技术达到迅速发展。在国内，近年来对汽车发动机增压也同样做了大量的研究工作，并取得了显著成效。机械增压器在全世界整车厂的使用量已超过每年 30 万台，主要生产厂家有Eaton 和 Ougra 等。以 Eaton 公司为例，1989 年至今，其机械增压器产量近 400万部，仅 2008 年产量就达到了约 40 万部。其第五代机械增压器热效率达62%，新一代的 TVS 犀利
12、增压器则更是达到了 75%，以达到涡轮增压器的水平。图 1-2 为 Eaton 公司 M45 型机械增压器。永州职业技术学院3图 1-2 Eaton 公司 M45 型机械增压器2010 年，我国国产汽车奇瑞汽车与 Eaton 公司合作，引进 Eaton 公司的机械增压器装配在奇瑞 1.6S Tiggo (瑞虎) ，1.3S A3 和瑞麒 1.3S G3 三款车型上。图 1-3 为奇瑞 1.6S Tiggo (瑞虎)车上装配的创新节能的新型机械增压器。图 1-3 奇瑞 1.6S Tiggo (瑞虎)装配的机械增压器1.3 本课题主要设计内容由以上分析可知，我国在机械增压器方向的研究还有很大空白，
13、目前国内外市场上绝大多数的机械增压器产品均为国外产品，国产增压技术基本上均为涡轮增压。本文将参照国内外一些研发资料进行机械增压器设计，主要内容如下：(1) 分析机械增压器的工作原理，探究与发动机的匹配条件；(2) 重点设计关键部件罗茨转子，通过比较不同型线转子，得出各种型线的优、缺点，进而对渐开线进行设计。4机械增压器的工作原理1.4 机械增压器的工作原理和特点机械增压器采用以两根啮合的罗茨式叶片转子作为主要的运动构件。转子在传动齿轮的带动下作方向相反的回转运动，使在进气口充入容腔的空气随着转子转动，在排气口位置排出，不断地将空气抽送到内燃机的进气歧管中，以三叶罗茨式机械增压器为例，其工作原理
14、，如图 2-1 所示。图中以 2 转子为例，示意了输气工作的过程。从工作位置 a 到工作位置 e，两转子分别完成一次从左侧进气口到右侧进气口的输气动作。转子每转动 1 周，叶片与壳体形成的 3个容腔( 基元容积 )各参与一次输气，以完成一次工作循环。在实际过程中，转子与转子、转子与壳壁之间都有一定的间隙，称为余隙容积。由上图容易看出，机械增压器并非以基元容积的缩小实现压力的提高。它通过将进气口的空气送向排气口，使得在较短时间内排气口附近压力有所提高，而排气口与基元容积相连通时，基元容积内的压力因排气口较高压力空气的回流而升高。图 2-1 机械增压器工作原理示意图从结构上来看，机械增压器属于专门
15、应用于发动机的罗茨泵，它相对于其它类型的流体机械，具有下述特点：(1) 结构简单、体积小，主要构件之间没有摩擦，因此可靠性高、使用寿命长，易于维修和装配：(2) 具有强制输气的特点，排气量与排气压力几乎无关；(3) 工况范围较广，而且在工况范围内其效率能基本保持在较高水平；(4) 没有内压缩工作过程，即基元容积作等容积压缩，绝热效率低，因此耗用的压缩功较多( 与有内压缩的流体机械相比)，容积效率相对较低，排气温度较高，这就使得罗茨式机械增压器的增压压力较小；(5) 由于基元容积是周期性地运动到排气口与其连通，排气脉动气流和回流永州职业技术学院5气压冲击会产生较大的噪声；(6) 转子的型面一般较
16、复杂，不易加工。 1.5 机械增压工作过程分析1.5.1 发动机的机械增压过程图 2-2 增压器发动机的工作过程示意图要研究机械增压的实际工作原理，必须先对应用机械增压器的发动机的工作过程进行分析。对于四冲程汽油发动机，活塞往复运动的四个冲程完成一个工作循环，包括进气、压缩、做功、排气四个过程，如图 2-2 所示。而发动机的换气过程包括从排气门开启到进气门关闭的全过程，一般约占 41004800 的曲轴转角(CA)。机械增压主要作用于发动机工作循环中的吸气过程。对于自然吸气的内燃机，在吸气过程中，活塞由上止点向气缸下部运动，对单点喷射(SPI)或多点喷射(MPI)汽油内燃机，外部空气与燃油混合
17、后形成混合气，然后充入气缸的燃烧室进行燃烧：对缸内直喷的汽油内燃机，外部空气进入气缸后与燃油混合进行燃烧，其工作过程和工作原理，如图 2-3，图 2-4 所示。6图 2-3 缸内直喷的汽油内燃机工作过程图 2-4 缸内直喷的汽油内燃机工作原理机械增压器一般采用带传动的方式，由内燃机的曲轴供给动力，将机械增压器吸气口一侧的空气不断地压入机械增压器排气口端的进气歧管中，实现增压的目的。在这个过程中，机械增压器将消耗内燃机的一部分输出功，以增大发动机的进气密度，从而使可参与燃烧的燃油量增大，燃烧更为充分，使发动机功率和输出扭矩提升。由于进入发动机气缸的空气分子量增加，要保证一定的空燃比(AF)，使发
18、动机燃油燃烧过程稳定，就要适当增加进入燃烧室内的燃油量。而在气缸体积不变的情况下，燃油量和空气量的增大，会使燃烧室燃烧后的膨胀压力增大，作用于曲轴连杆系上的载荷相应变大，发动机的负荷率提高。这就是通过机械增压提高发动机输出功率和扭矩的根本原因。1.5.2 机械增压器理论工作过程机械增压器的转子每旋转一周为一个运动周期，在此过程中，二叶转子有2 个基元容积依次经历相同的工作过程，三叶转子则有 3 个。每个基元容积随转子角度的变化而变化，即基元容积是转子转角的缈的函数，如图 2-5 所示。永州职业技术学院7图 2-5 基元容积函数图图 2-5 中，各符号量表示意义如下：l、2、3、4 分别指基元容
19、积的吸气开始、吸气结束、排气开始、排气结束各状态位置： 、 、 、 分别指转子转角位于 l、2、3、4 等各状态位置1234时的值：K 为基元容积所能达到的最小容积，它的存在表明基元容积内的气体不能被全部排出，一般也称为穿通容积； 为基元容积所能达到的最大容积，2V即 2-3 过程中被封闭的基元容积值； 即为排气结束基元容积的容积值，随着0两转子的相对转动，基元容积进一步减小，直到达到 。1需要说明的是，机械增压器的压力升高不是由容积减小产生，而是由排出口管道中的高压倒流引起的，即气体的压缩过程是在基元容积与排出口连通的瞬时实现的。在这一过程中，将基元容积视作被高压回流压缩，容积减小。其中，基
20、元容积的压力容积图，如图 2-6 所示。图 2-6 基元容积的压力容积图81.5.3 机械增压器的实际工作过程在实际工作过程中，基元容积内的气体经由余隙容积有泄漏损失，在流经吸、排气口时均有压力损失，气体与外界存在热交换。这些影响因素使实际工作过程与理论工作过程有很大的差异：(1) 内泄漏由于机械增压器的进、排气口间存在压差，在压差作用下，有一部分气体经转子间隙由排气口流向进气腔，称为内泄漏。内泄漏所流经的转子间隙包括：转子与转子间的间隙、转子与机壳之间的间隙以及转子与前后墙板之间的间隙。(2) 外泄漏一部分气体通过轴端及机壳与墙板间隙等部分流出，称为外泄漏。在本文所述的设计与实验中，均采用接
21、触式密封，因此，外泄漏流量忽略不计。(3) 内泄漏的加热作用进入机械增压器的空气流至排气口后，因压缩而产生温升，这部分温度升高的气体泄漏到进气口，使进气口气体温度上升，比容增大，质量流量下降。(4) 机件传热受气体压缩热作用，转子与机壳温度都会有所升高，因此，进气口气体受热传递，也会产生受热膨胀；另外，机件中的接触式旋转件，如轴承、骨架油封、同步齿轮、皮带轮等，也会因高速转动而产生热量，传递给从进气口流入的气体。(5) 压力损件气体流过机械增压器的过程中，会因气流受阻等原因产生一定的压力损失，这些压力损件转化为热量而被气体吸收，最终造成气体的受热膨胀，质量流量降低。1.6 机械增压器与发动机的
22、基本匹配条件按照发动机正常工作的进气条件，应保证进气歧管内的空气流量（无论是否有增压，体积流量）大于发动机所需的空气流量，即满足发动机增压进气的基本匹配条件：永州职业技术学院9SEQ其中 为增压器实际排气流量， 为发动机所需空气流量；SQsks nV2式中，2增压器转子个数；k转子头数；V基元容积，L；sn增压器转速，r/min;s增压器容积效率；每个转子单转理论排气量：LDVk241D转子外径， dm；转子面积利用系数；L转子长度， dm； EEnQ21过量重启系数；发动机排量，L ；En发动机转速，r/min；发动机气缸充气效率；除以 2 表示四冲程发动机，曲轴没转两转，完成一次吸、排气过
23、程。增压器增压的条件为： EQsk nnV2110因为发动机与增压器以带轮联接，不考虑其他因素，则增压器的转速与发动机转速之比为带传动的传动比 i。即Eisn EsQiLD2以奇瑞 372 型发动机为例， Q=0.81, 取为 0.8， 取为 1.2， s以罗茨泵为参考，取最小容积效率，约 0.7,取 0.5，L/D 取 1.75，i 取 1.85，因此有mdiDLsE 68.5.03min ）（永州职业技术学院11机械增压器结构与性能分析1.7 机械增压器结构分析机械增压器压缩机的驱动力来自发动机曲轴，一般都是利用皮带连接曲轴皮带轮，间接将曲轴运转的扭力带动增压器，达到增压目的。依构造不同，
24、机械增压会经出现过许多种类，包括叶片式(Vane)、罗兹(Roots)、温克尔(Wankle)等型式，而活塞运动最早也被认为是一种机械增压，时至今日，则以罗茨增压器（见图 3-1）最被广泛使用，更是改装的大热门。罗茨增压器有双叶与三叶转子两种型式，目前以双叶转子较普遍，其构造是在椭圆形的壳体中装两个茧形的转子，转子之间保有极小的间隙而不直接相连，藉由螺旋齿轮连动，其中一个转子的转轴与驱动的皮带轮连结，转子转轴的皮带轮上装有电磁离合器，在不需要增压时即放开离合器以停止增压,离合器则由计算机控制以达到省油的目的。图 3-1 机械增压器图 3-2 罗茨增压器结构示意图12机械增压器的结构设计主要由转
25、子、壳体、前墙板、后墙板、油箱、轴几个部件组成，如图 3-2 所示。在传动方式上，增压器内部的主、从动轮子靠齿轮作同步传动。由于考虑到要求增压器的传递扭矩的变化，选择齿轮和皮带轮在同一侧，这样可以传递更大的扭矩。其中，传动结构如图 3-3 所示。图 3-3 传动结构示意图在结构的密封上，轴端密封主要采用浅齿迷宫密封来防止气体泄漏，它是依靠齿槽缝隙使气体节流，从而减少泄漏，达到密封的目的。由于无故相摩擦，并且功耗少，维护简单，使用寿命长。在设计中增压器的轴承尾部的密封采用油毡密封，主动段的密封采用 J 型骨架密封，轴伸处采用迷宫密封。在结构的润滑上，由于同步齿轮和前后轴承需要润滑，在油箱内的同步
26、齿轮要浸入规定的油位（一般使油面高度位于齿轮分度圆附近） ，通过齿轮的旋转进行飞溅供油，轴承通过在墙板上的注油孔注入润滑油进行润滑油，多余的润滑油由轴承端盖和轴承闷盖上的泄油孔流出。对于后墙板轴承的润滑，由于后墙板与油箱相联接，所以后墙板中的轴承的润滑不需要再加上润滑油孔，它直接通过同步齿轮甩起的润滑油来润滑。1.8 与涡轮增压器比较废气涡轮增压系统：平时最常见的增压装置（见图 3-4） ，增压器与发动机无任何机械联系，实际上是一种空气压缩机，通过压缩空气来增加进气量。永州职业技术学院13图 3-4 涡轮增压器它是利用发动机排出的废气惯性冲力来推动涡轮室内的涡轮，涡轮又带动同轴的叶轮，叶轮压送
27、由空气滤清器管道送来的空气，使之增压进入气缸。当发动机转速增快，废气排出速度与涡轮转速也同步增快，叶轮就压缩更多的空气进入气缸，空气的压力和密度增大可以燃烧更多的燃料，相应增加燃料量就可以增加发动机的输出功率。一般而言，加装废气涡轮增压器后的发动机功率及扭矩要增大 20%30%。但是废气涡轮增压器技术也有其必须注意的地方，那就是泵轮和涡轮由一根轴相连，也就是转子，发动机排出的废气驱动泵轮，泵轮带动涡轮旋转，涡轮转动后给进气系统增压。增压器安装在发动机的排气一侧，所以增压器的工作温度很高，而且增压器在工作时转子的转速非常高，可达到每分钟十几万转，如此高的转速和温度使得常见的机械滚针或滚珠轴承无法
28、为转子工作，因此涡轮增压器普遍采用全浮动轴承，由机油来进行润滑，还有冷却液为增压器进行冷却。涡轮增压的确能够提升发动机的动力，不过它的缺点也有不少，其中最明显的就是动力输出反应滞后。我们看看前面有关涡轮增压的工作原理就知道了，即由于叶轮的惯性作用对油门骤时变化反应迟缓，也就是说从你大脚踩油门加大马力，到叶轮转动将更多空气压进发动机获得更大动力之间存在一个时间差，而且这个时间还不短。一般经过改良的涡轮增压也要至少 2 秒左右来增加或者减少发动机动力输出。如果要突然加速，瞬间会有提不上速度的感觉。随着技术的进步，虽然各个使用涡轮增压的厂家都在对涡轮增压技术进行改进，但是由于设计原理问题，因此安装了
29、涡轮增压器的汽车驾驶起来的感觉是和大排量的汽车有一定差异的。14机械增压器(Supercharger)采用皮带与曲轴皮带盘连接。利用曲轴转速带动机械增压器内部叶片，以产生增压空气送入曲轴进气歧管内，整体结构简单，工作温度介于 700c100 ，不同于涡轮增压器靠引擎排放的废气驱动，必须接触 4000C 9000C 的高温废气，因此机械增压系统对于冷却系统、润滑油脂的要求与自然进气曲轴相同，机件保养程序大同小异。机械增压的压缩机直接被发动机的曲轴带动，它的优点是响应性好(完全没有迟滞) 。但是它本身需要消耗一部分能量，因此机械增压不能产生特别强大的动力，尤其是在高转速时因为它会产生大量的摩擦，损
30、失能量从而影响到发动机转速的提高。传统的机械增压器在中低转速时，对发动机的动力输出有明显改善，但峰值功率出现较早，发动机最高转速较低。这种发动机可以在任何时候，都能输出源源不断的扭力，大大减小换档频率。所以，机械增压非常适合匹配在又大又重的豪华房车上，而讲求高速性能的跑车就很不适合采用它了。永州职业技术学院15机械增压器零部件的设计1.9 Pro/E 三维制图软件介绍Pro/E 第一个提出了参数化设计的概念，并且采用了单一数据库来解决特征的相关性问题。另外，它采用模块化方式，用户可以根据自身的需要进行选择，而不必安装所有模块。Pro/E 的基于特征方式，能够将设计至生产全过程集成到一起，实现并
31、行工程设计。它不但可以应用于工作站，而且也可以应用到单机上。Pro/E 采用了模块方式，可以分别进行草图绘制、零件制作、装配设计、钣金设计、加工处理等，保证用户可以按照自己的需要进行选择使用。 (1) 参数化设计，相对于产品而言，我们可以把它看成几何模型，而无论多么复杂的几何模型，都可以分解成有限数量的构成特征，而每一种构成特征，都可以用有限的参数完全约束，这就是参数化的基本概念。 (2) 基于特征建模 Pro/E 是基于特征的实体模型化系统，工程设计人员采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、壳、倒角及圆角，您可以随意勾画草图，轻易改变模型。这一功能特性给工程设计者提供了在设计上从
32、未有过的简易和灵活。 (3) 单一数据库（全相关） Pro/Engineer 是建立在统一基层上的数据库上，不象一些传统的 CAD/CAM系统建立在多个数据库上。所谓单一数据库，就是工程中的资料全部来自一个库，使得每一个独立用户在为一件产品造型而工作，不管他是哪一个部门的。换言之，在整个设计过程的任何一处发生改动，亦可以前后反应在整个设计过程的相关环节上。例如，一旦工程详图有改变，NC （数控）工具路径也会自动更新；组装工程图如有任何变动，也完全同样反应在整个三维模型上。这种独特的数据结构与工程设计的完整的结合，使得一件产品的设计结合起来。1.10 总体结构设计(1) 总体结构设计机械增压器的
33、结构设计主要由下列这几个部件组成：转子、壳体、前墙板、16后墙板、油箱、轴。在这里就根据这几个主要的零部件将罗茨鼓风机三维建模设计的，其中结构的剖视图，如图 4-1 所示。图 4-1 增压器的结构剖视图(2) 传动方式在增压器内部，主从动轮子靠一堆齿轮作同步传动。由于考虑到要求增压器的传递扭矩的变化，选择齿轮和皮带轮在同一侧，这样，可以传递更大的扭矩，传动示意图，如图 4-2 所示。图 4-2 传动示意图(3) 密封结构轴密封包括轴伸、轴承座尾部和轴端三个部位的密封，在此增压器中，轴端密封主要采用浅齿迷宫密封来防止气体的泄露，它是依靠齿槽缝隙使气体节流，从而减少泄露，达到密封的目的。由于无固相
34、摩擦，因此不需要润滑，并且功耗少，维护简单，使用寿命长。此次设计的增压器的轴承座尾部的密封采永州职业技术学院17用油毡密封，主动轴端的密封采用 J 型骨架密封，轴伸处采用迷宫密封。(4) 润滑结构在机械增压器中，需要润滑的部分有同步齿轮和前后轴承这两个部分，在油箱内的同步齿轮要浸入规定的油位(一般使油面高度位于齿轮分度圆附近)，通过齿轮旋转的作用，形成飞溅供油系统。前墙板内轴承的润滑通过前墙板上的注油孔向风机内注入润滑油，与轴承透盖、轴承闷盖构成供油系统，多余的润滑油可由轴承透盖和轴承闷盖上的泄油孔流出。对于后墙板轴限的润滑，由于后墙板与油箱相联接，所以后墙板中的轴承的润滑不需要再加上润滑油孔
35、，它直接通过同步齿轮甩起的润滑油来润滑。1.11 主要零部件的结构设计1.11.1 转子设计罗茨转子（或称叶轮）是罗茨增压器中最为关键的组成元件，罗茨转子一般分为两叶赫尔三叶（单叶及三叶以上的罗茨转子应用极少） ，按叶轮形状分为直叶和扭叶。不少文献中认为三叶转子机械增压器由于比两叶的转子的机械增压器多了一个叶而简单的认为中心距和外圆相同的条件下，两叶转子的增压器比三叶的排量大，这是一种错误的观点。文献在论述机械增压器基元容积与节能及降噪的关系中，通过两叶和三叶鼓风机基元容积的大小从而得出三叶增压器的理论输气量上比两叶的小。本次设计采用的 是改进的渐开线型三叶扭叶转子，其三位模型，如图 4-3所
36、示，它的端面就是之前提到的改进型的三叶转子渐开线型线。主动轴和从动轴的旋向相反，运转时，由同步齿轮以 1:1 的传动来带动，两个转子的相位由两同步齿轮控制。图 4-3 渐开线型三叶转子三维模型图181.11.2 壳体设计壳体在机械增压器中得作用是支撑整个增压器并作为转子的外壳，而且联接前墙板和后墙板，是整个增压器的主要组成部分。箱体的内壁要求与转子的转动相互配合，并与前墙板组成气腔。壳体选用铝材料铸造，铸件需经过时效处理，机械性能满足 GB9439-88 的要求。由于壳体起了很大的支撑作用，所以必然要求它可以支撑整个增压器，而且要求有一定的强度以支持壳体内的气压。提高强度有几种方法：一个方法是
37、增加箱体的厚度，但是以设计中要尽可能减少重量的原则，不可以大幅度地增加箱体的厚度。所以，采用相对薄的厚度加肋板的方法来提高强度。指甲因为骑着支撑作用，所以相对取较大的数值，以加强支撑作用的强度，建模后壳体的模型如图 4-4 所示。图 4-4 壳体三维模型图1.11.3 增压器壳体图壳体与前盖和后盖的联接螺栓联接。为了防止气体的泄露和调整间隙，在壳体与前墙板和后墙板的联接之间要求加上密封设置，这是机械增压器装配时所必不可少的。箱体的进气口与出气口部分设有凸台，以便联接进气口管子和出气口管子。箱体及支架的螺栓固定在支架上。前盖的作用主要是作为转子的最终的支撑并与壳体共同组成气室。材料选用非铝，铸件
38、的技术条件要求符合国标 JB/TQ6887-93 的规定，它的机械性能应满足 GB9439-8 的要求，还需经过时效处理。前盖上的一端是用于和壳体配合的，为了办证密封性，在与壳体的联接面上使用密封垫片。其结构如图 4-5 所示。它用两根圆锥销来保证与壳体的定位要求。它另外一端的两个圆环凸台分别与轴承透盖和轴承闷盖相联接。前盖中要在轴承配合的地方留下润滑油孔，润滑油可以从前墙板的上部注入鼓风机内部的轴承里。前盖还留有预进气口一开用来平衡轴承两端的的压力，防止壳体内的高压把轴承的润滑油挤出。永州职业技术学院19图 4-5 增压器壳体三维图1.11.4 前盖三围结构图与前盖一样，后盖的主要作用也是作
39、为转子的最终支撑并与箱体共同组成气室，它还可以作为联接体联接油箱，如图 4-6 所示，材料的选择和前盖一样。它与壳体的联接采用螺栓连接，定位是靠两根圆柱销来定的。同前盖一样，由于后盖与壳体共同组成气室，从密封方面的考虑，必须在后墙板与箱体的联接之间安装密封装置。一般可选用密封纸或密封橡胶。图 4-6 后盖三维结构图此外，在进气口处还有过渡套，其三维结构，如图 4-7 所示。图 4-7 过渡套三维结构图20三零件的三维建模1 三叶转子的设计步骤和设计内容 结果示意图 设计说明（方法）1草绘外形先草绘一个圆，好方便以后的拉伸皮带轮建模。2拉伸建模在草绘平面的基础上拉伸出一个直径为20 长为 8mm
40、 的实体。3齿轮的建模在草绘平面的基础上拉伸出一个直径为57.8 长为 9.5mm 的实体。永州职业技术学院214 渐开线 利用曲线方程编辑公式生成渐开线5 生成齿轮实体利用镜像-曲线-投影-草绘-阵列生成渐开线齿形3 三叶转子的建模草绘一个直径为 74的圆224 叶子曲线生成 利用曲线方程笛卡尔坐标 r=18.53theta=t*120x=r*cos(theta)+r*sin(theta)*theta*pi/180y=r*sin(theta)-r*cos(theta)*theta*pi/180z=0 生成渐开线5 三叶转子的生成 利用草绘命令旋转三个叶子渐开线，然后拉伸生成实体四机械增压器的装配步骤和零件名 图片区 命令功能说明1 壳体 设置“机械增压器”文件为工作目录，并缺省完成壳体的调入永州职业技术学院232 转子 1 从“机械增压器”文件中调入“xin1”文件，利用轴对称和挡油板的端面与壳体座对齐。 3 转子 2 调取xin2文件使用齿对齐和中心对齐完成约束4 过渡套 取guoduotao文件用配对和对齐将过渡套装到壳体上五、零件工程图工程图一般是指二维的零件图或装配图,在 PROE 中可以可以快速的产生三维零件及组件的二维视图，并以标注尺寸、公差、几何公差、表面精度、零件清单等工程资料241 机械增压器的壳体工程图2 机械增压器的壳体零件图
