双螺杆式空气压缩机转子的振动特性研究

吴智慧，陈鹏，杜祖超

（武昌首义学院机电与自动化学院，湖北 武昌 430064）

前言

随着机械产品结构的多元化发展，螺杆式压缩机分为单螺杆式和双螺杆式，由于现在工程设备的高效率，低噪声，低能耗要求，双螺杆式压缩机运用得越来越广泛，转子平行装配在压缩机主机的腔体内，变换不同区间压力值，实现气体的压缩功能。阴阳转子是空气压缩机结构件中主要的组成部分，转子是否产生共振现象决定了结构运行是否稳定。本文运用了Pro/E软件研究了双螺杆式空气压缩机阴转子的动态特性，并对该固有特性进行了分析研究。

1 压缩机阴阳转子啮合特性

本文转子结构中阳螺杆采用右旋螺旋结构，齿数为 4，螺杆长度为135mm。阴螺杆采用左旋螺旋结构，齿数为6，螺杆长度为135mm，阴阳螺杆相互啮合运动。

图1 阴阳转子啮合传动图

2 压缩机转子模态分析

模态分析主要计算机械结构的固有频率，机械结构不同的振动形式，对应一定的频率值。求得频率后，通过改变机构振动方式避免结构的振动频率和基本频率相等或者相近，避免共振。

运用Pro/E软件建立阴转子的三维模型，选择模态分析模块，对模型进行材料的定义，网格的划分，其中网格模型的节点为34506个，单元为19776个，约束条件的建立，最后求解得到阴转子的前六阶振动频率。并通过前六阶频率与阳转子的基频进行对比，找出产生噪声的原因，确定共振的区域，避免该区域，优化转子的结构。

图2 阴转子的三维模型

图3 阴转子的网格模型

本文转子的密度为7.88g/cm³，弹性模量为206Gpa，泊松比为0.3，其模态分析结果如下表：

表1 前六阶频率

如图所示，一阶频率时转子绕着轴心转动，二阶和三阶频率时转子出现三个方向的弯曲，四阶和五阶频率时转子出现扭转，六阶频率时转子出现摆动现象。

根据转子转速可以算出阳转子的转动周期为1/34s，那么转动的频率为34Hz，阴转子的转动频率通过模态分析远远大于阳转子的转动频率，所以阴阳转子不可能存在共振现象，运动过程中稳定性较好。

图4 一阶模态振型

图5 二阶模态振型

图6 三阶模态振型

图7 四阶模态振型

图8 五阶模态振型

图9 六阶模态振型

3 结论

通过对空气压缩机的阴转子进行模态分析，得出转子的前六阶固有频率，并与阳转子的基频进行比较，判定空气压缩机结构是否能稳定运行，避免转子共振产生噪声和机械磨损，本文的模态分析为提高双螺杆式空气压缩机的运行稳定性提供了理论依据。