新能源汽車(chē)電動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)變徑型線(xiàn)渦旋盤(pán)設(shè)計(jì)

1、低溫與超導(dǎo)第 42 卷 第 8 期制冷技術(shù)efrigerationCryo Supercond Vol 42 No 8新能源汽車(chē)電動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)變徑型線(xiàn)渦旋盤(pán)設(shè)計(jì)譚清豹( 南京銀茂壓縮機(jī)有限公司，南京 211100)摘要: 提出了一種變徑型線(xiàn)渦旋盤(pán)設(shè)計(jì)方法和加工檢測(cè)方法，在新能源汽車(chē)特別是電動(dòng)汽車(chē)空調(diào)壓縮機(jī)中可 以使得體積更小、效率更高，生產(chǎn)的產(chǎn)品滿(mǎn)足了設(shè)計(jì)要求。關(guān)鍵詞: 電動(dòng)渦旋壓縮機(jī); 變徑型線(xiàn)渦旋盤(pán)Variant type line diameter scroll design for compressor of air conditioner in new energy vehicles

2、Tan Qingbao( Nanjing Yinmao Compressor Co ，LTD，Nanjing 211100，China)Abstract: A variable diameter line scroll design method and processing method were proposed In the new energy vehi- cles，especially in the electric vehicles A / C compressor，it could make the system to be smaller and more efficient

3、The products were fabricated succesfullyKeywords: Electric scroll compressor，Variable diameter vortex disk type line1前言從上世紀(jì)初法國(guó)工程師( L Greux) 克拉斯提 出渦旋機(jī)構(gòu)的構(gòu)思并申請(qǐng)美國(guó)專(zhuān)利，到上世紀(jì) 70 年代美國(guó)開(kāi)發(fā)出第一臺(tái)渦旋壓縮機(jī)用于軍工產(chǎn)品 上，及至 80 年代日本、美國(guó)相距開(kāi)發(fā)出商用空調(diào)、 冰箱及車(chē)用空調(diào)渦旋壓縮機(jī)，渦旋壓縮機(jī)以其性能 優(yōu)勢(shì)得以快速普及，到現(xiàn)在已經(jīng)過(guò)去一百多年了。在汽車(chē)空調(diào)壓縮機(jī)領(lǐng)域特別是乘用轎車(chē)空 調(diào)，多年來(lái)傳統(tǒng)的以?xún)?nèi)燃機(jī)為動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的渦

4、旋式 壓縮機(jī)渦旋盤(pán)的型線(xiàn)大多是不變徑圓漸開(kāi)線(xiàn)，即 渦旋盤(pán)型線(xiàn)壁厚是等厚的，壓縮機(jī)排量一般在 80 120cc / r 左右。隨著全球石油能源緊缺及環(huán)境 污染加劇，新能源車(chē)特別是純電動(dòng)車(chē)日益受到重 視和發(fā)展，電動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)也隨之得以發(fā)展。與 內(nèi)燃機(jī)空調(diào)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速一般在 1000 3000rpm 不 同，電動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)采用直流無(wú)刷永磁電機(jī)驅(qū)動(dòng)， 電機(jī)轉(zhuǎn)速可以很高，從 1000 8000rpm，因此，電 動(dòng)渦旋壓縮機(jī)可以選用較小排量渦旋盤(pán)。新能源 汽車(chē)特別是純電動(dòng)汽車(chē)由于受電池容量限制，要 求電動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)體積小、效率高、制冷量大、能 耗低。傳統(tǒng)不變徑型線(xiàn)渦旋盤(pán)與變徑型線(xiàn)渦旋盤(pán) 相比，在排量相同的情

5、況下，其徑向尺寸較大、重量較重，相對(duì)能耗較高，所以電動(dòng)渦旋壓縮機(jī)選用 變徑型線(xiàn)渦旋盤(pán)可以滿(mǎn)足新能源車(chē)的要求。2變徑型線(xiàn)設(shè)計(jì)針對(duì)上述要求，提出一種變徑型線(xiàn)渦旋盤(pán)設(shè) 計(jì)方法，即基圓半徑連續(xù)變小的圓漸開(kāi)線(xiàn)渦旋盤(pán)。 渦旋盤(pán)型線(xiàn)壁厚 t 隨漸開(kāi)角的變化而變化，壁厚 也隨吸氣腔壓力較低到排氣腔壓力升高逐漸由薄 變厚，實(shí)現(xiàn)等強(qiáng)度設(shè)計(jì)。不變徑圓漸開(kāi)線(xiàn)方程見(jiàn)( 1) 式:x = a( cos + sin)( 1)y = a( sin cos)方程基本參數(shù):基圓半徑 a; 漸開(kāi)線(xiàn)節(jié)距 P = 2a; 漸開(kāi)線(xiàn)發(fā) 生角 = t /2a; 渦旋型線(xiàn)壁厚 t = 2a; 偏心距 or= P /2 t; 渦旋型線(xiàn)高度 h;

6、 渦旋型線(xiàn)圈數(shù) n; 漸開(kāi) 線(xiàn)漸開(kāi)角 ; 漸開(kāi)線(xiàn)最終展角 out = 2n ?；鶊A半徑 a 是漸開(kāi)角 的函數(shù)，方程( 1 ) 可以表述為( 2) 式:x = fa( ) ( cos + sin)( 2)y = fa( ) ( sin cos)所以渦旋盤(pán)型線(xiàn)可以有三種情況: 見(jiàn)圖 13。收稿日期: 2014 06 13作者簡(jiǎn)介: 譚清豹( 1956 ) ，男，總工程師，從事渦旋壓縮機(jī)研究、設(shè)計(jì)。第 8 期制冷技術(shù)efrigeration·91·圖 1 基圓半徑不變型線(xiàn) 頭 = 尾Fig 1 adius of base circle not variant line Head

7、= Tail圖 2 基圓半徑連續(xù)變大型線(xiàn) a頭 a尾Fig 2 adius of base circle comtinuous variant big line aHead aTail圖 3 基圓半徑連續(xù)變小型線(xiàn) a頭 a尾Fig 3adius of base circle comtinuous variant smill lineaHead aTail圖 1 基圓半徑為常數(shù)，基圓半徑不變的圓漸 開(kāi)線(xiàn)，既 頭 = 尾 ; 圖 2 基圓半徑連續(xù)增加，漸開(kāi)線(xiàn)寬度逐漸增加的圓漸開(kāi)線(xiàn)，既 a頭 a尾 ; 圖 3 基圓半徑連續(xù)減小，漸開(kāi)線(xiàn)寬度逐漸減小的圓漸開(kāi) 線(xiàn)，既 a頭 a尾 。渦旋盤(pán)型線(xiàn)由內(nèi)、外側(cè)二

8、條型線(xiàn)構(gòu)成，內(nèi)、外 側(cè)型線(xiàn)為共軛型線(xiàn)，渦旋壓縮機(jī)是由二個(gè)型線(xiàn)完 全相同的動(dòng)、靜渦旋盤(pán)相位差 180° 互相嚙合時(shí)，動(dòng)盤(pán)基圓圓心圍繞靜盤(pán)基圓圓心偏移半徑 or 作平動(dòng)，形成幾個(gè)不斷變小的密閉容積腔，來(lái)實(shí)現(xiàn)壓 縮氣體功能的，見(jiàn)圖 5。吸氣結(jié)束時(shí)吸氣容積腔， 渦旋盤(pán)外徑尺寸相等時(shí)，變徑渦旋盤(pán)比不變徑渦 旋盤(pán)的吸氣容積腔大 20% 。變徑型線(xiàn)渦旋盤(pán)是采用以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn) 的: 內(nèi)、外側(cè)型線(xiàn)按方程( 3) 、方程( 4) 和方程( 5) 、方程( 6) 形成，基圓半徑連續(xù)減小，漸開(kāi)線(xiàn)寬度逐 漸減小的圓漸開(kāi)線(xiàn)，既 a頭 a尾 。圖 4 基圓半徑連續(xù)變小渦旋盤(pán)Fig 4 Continuous ba

9、se circle radius small vortex disk圖 5 一對(duì)基圓半徑連續(xù)變小渦旋盤(pán)嚙合圖Fig 5A pair of orbiting scroll meshing figure continuous base circle radius smaller以下結(jié)合方程及附圖對(duì)本設(shè)計(jì)作進(jìn)一步說(shuō) 明: 基圓半徑連續(xù)改變時(shí)，基圓半徑 a 在漸開(kāi)線(xiàn)最 終展角 out 范圍內(nèi)從 a頭 到 a尾 連續(xù)變化，K 為基 圓半徑變化率，變化趨勢(shì)是基圓半徑 a 從 a頭 到 a尾 連續(xù)減小，漸開(kāi)線(xiàn)寬度逐漸減小，a頭 a尾 。漸 開(kāi)線(xiàn)發(fā)生角 也從 頭 到 尾 連續(xù)變化，k 為漸開(kāi)線(xiàn)發(fā)生角變化率，變

10、化趨勢(shì)是漸開(kāi)線(xiàn)發(fā)生角 從頭 到 尾 連續(xù)減小，頭 尾 。變徑渦旋盤(pán)內(nèi)、外側(cè)型線(xiàn)方程:·92·ìx = ( a頭 K) cos ( 頭 k) +ïsin ( 頭 k) í制冷技術(shù)efrigeration第 8 期( 3)ïïy = ( a頭 K) sin ( 頭 k) +îcos ( 頭 k) ìx =a頭 K( ) cos + ( 頭 k) +ïsin + ( 頭 k) í( 4)ïïy =a頭 K( ) sin + ( 頭 k) +îcos + ( 頭

11、k) K = ( a頭 a尾 ) /2out( 5)基圓半徑變化率 0 K 1。k = ( 頭 尾 ) /2out( 6)漸開(kāi)線(xiàn)發(fā)生角變化率 0 k 1。方程基本參數(shù):頭部基圓半徑 a頭 ; 尾部基圓半徑 a尾 ; 頭部漸 開(kāi)線(xiàn)節(jié) 距 P頭 = 2a頭 ; 尾部漸開(kāi)線(xiàn)節(jié)距 P尾 = 2a尾 ; 頭部漸開(kāi)線(xiàn)發(fā)生角 頭 = t頭 /2a頭 ; 尾部漸開(kāi) 線(xiàn)發(fā)生角 尾 = t尾 /2a尾 ; 頭部渦旋型線(xiàn)壁厚 t頭 = 2a頭 頭 ; 尾部渦旋型線(xiàn)壁厚 t尾 = 2a尾 尾 ; 偏心距 or = P /2 t，頭尾相等; 渦旋型線(xiàn)高度 h; 渦旋型 線(xiàn)圈數(shù) n; 漸開(kāi)線(xiàn)漸開(kāi)角 ; 漸開(kāi)線(xiàn)最終展角 o

12、ut= 2n 。3變徑型線(xiàn)渦旋盤(pán)的加工與檢測(cè)變徑型線(xiàn)渦旋盤(pán)型線(xiàn)加工尺寸精度、公差和 形位公差要求很高，我們采用定位精度 0 003mm 高精度立式加工中心，高精高速檔加工，尺寸和粗 糙度都能滿(mǎn)足要求。一對(duì)渦旋盤(pán)嚙合運(yùn)動(dòng)時(shí)對(duì)型 線(xiàn)厚度控制要求很高，所以型線(xiàn)厚度的控制也是 至關(guān)重要的。型線(xiàn)厚度沿基圓切線(xiàn)方向測(cè)量，見(jiàn)圖 6 基圓半徑連續(xù)變小渦旋盤(pán)實(shí)物Fig 6 Continuous base circle radius small vortex disk圖 7 不變徑型線(xiàn)渦旋盤(pán)實(shí)物Fig 7 The same diameter vortex disk type line圖 8 光電測(cè)量Fig 8 The photoelectric measurement圖 4，在立加加工時(shí)可以用精度 0 005mm 的光電 測(cè)量頭沿基圓切線(xiàn)方向測(cè)量 A、B 兩點(diǎn)，根據(jù)測(cè)量 數(shù)值隨時(shí)調(diào)整刀補(bǔ)，可以精確控制型線(xiàn)厚度。圖 6、圖 7 分別為基圓半徑連