基于SolidWorks的摆动转子压缩机运动仿真

1 引言

    摆动转子压缩机在20世纪70年代曾一度被采用，由于尺寸较大、加工较为复杂，80年代以后，就很少使用。随着新工质的深人研究和加工工艺水平的不断提高，人们发现摆动转子压缩机能承受更大的压力差，更适用于R410A的房间空调器或单元式空调机中，甚至被个别制造厂大量生产。摆动转子压缩机主要的零件包括：气缸、摆动转子、偏心轮轴、导轨和端盖。摆动转子的运动特性往往是设计人员关注的焦点，研究摆动转子的运动特性时，需建立位移函数，然后求导得出速度和加速度函数， 求解过程非常复杂。可以直接建立三维实体模型，模拟模型的运动过程。运用插件能方便地对复杂三维机构进行运动学分析，并图解得出速度和加速度图像。

2 摆动转子压缩机的工作原理与运动模型

2．1 工作原理

    如图1所示，摆动转子压缩机在气缸内装有摆动转子，摆动转子由滚环和摆杆两部分组成[4]。滚环套在偏心轮轴的偏心轮上，摆杆在导轨中上下滑动并随导轨左右摆动。摆动转子将气缸分成2个气腔，随着偏心轮轴的旋转，一边气腔容积不断扩大，从而从吸气口吸气，实现压缩机的吸气过程；同时另一边气腔容积不断缩小，从而压缩气体，实现压缩机的压缩过程，当气体达到排气压力时，推开排气口上的气阀开始排气，实现压缩机排气过程。压缩机的工作过程连续不断进行，偏心轮轴每转一周完成一个工作循环。

    图1 摆动转子压缩机结构示意图

2．2 运动模型

    图2为摆动转子的运动分析图。图2中，O为原点；OA表示偏心轮轴的偏心距．OA=e；OB表示气缸与导轨的中心距，OB=a；M表示摆动转子的质心，MA=y1。OA绕0点以角速度ω作匀速旋转，与y轴夹角为θ，AC与Y轴夹角为σ。

    摆动转子质心 在该坐标系中的坐标可表示为

    将式(1)和式(2)的两边分别对时间t求导，可得质心肘处的速度在x、y方向上的分量为

    将式(3)和式(4)两边分别对时间t求导，可得质心M处的加速度在 、y方向上的分量为

    按照速度、加速度合成定理，可求得摆动转子质心M处的速度和加速度均为时间t的函数，但摆动转子形状不规则，且 ‘算过程中θ和σ之间的关系转换较复杂，计算工作量较大，此时，运用进行运动仿真可以避免复杂运算。