无油润滑涡旋式压缩机的摩擦学与动力学耦合问题研究

以无油润滑涡旋式压缩机为对象，拟从摩擦学、机械动力学、分形理论的基本原理出发，采用理论与实验研究相结合的方法，对压缩机系统的摩擦学动力学问题展开研究。在借助实验解决好压缩机核心部件- - 动、静涡旋摩擦副的最佳匹配自润滑材料前提下，将摩擦副的影响因素引入到压缩机运行特性分析中。欲重点解决压缩机摩擦学与动力学耦合作用的理论建模问题，同时研究摩擦热、间隙泄漏对压缩机工作过程的影响，建立数学模型并进行计算机数值模拟和性能预测。本研究预期目标是获得无油润滑涡旋式压缩机的摩擦学动力学问题理论计算模型，找出影响此类压缩机运行性能的摩擦学关键因素。研究目的是为完善涡旋流体机械理论体系，拓展其应用范围，提供理论依据。.本研究是对无油润滑涡旋式压缩机的摩擦学动力学问题理论计算方法进行的新探索。它对提高涡旋式压缩机的运行可靠性、延长使用寿命等，具有重要理论价值。

针对无油润滑涡旋式压缩机实际运行中由于摩擦而引起的摩擦功耗过大、磨损间隙增大，影响到涡旋压缩机运行的平稳性和使用寿命，摩擦甚至引发压缩机出现故障造成“烧机”事件发生等问题，本项目以无油润滑涡旋式压缩机为对象，从摩擦学、分形理论、机械动力学、流体力学的基本原理出发，采用理论与实验研究相结合的方法，借助于fluent、Ansys软件，对涡旋式压缩机系统的摩擦学动力学问题展开研究。主要研究内容有：（1）筛选出适用于涡旋压缩机工作环境条件的自润滑材料，改性聚四氟乙烯、聚醚醚酮（PEEK）、聚醚砜（PES）、聚酰亚胺（PI）与球墨铸铁、铝合金材料，进行配对摩擦性能实验；（2）基于分形理论的动、静涡旋摩擦副粗糙表面的分形特性和分形维数描述方法；自润滑材料与动、静涡旋摩擦副的摩擦力和摩擦振动信号分形变化规律，摩擦力与摩擦系数间动态变化规律的数学模型建模。（3）无油润滑条件下，动涡旋、转子系统的运动学、动力学性能分析，建立计算机三维实体分析模型，结合多体动力学和有限元方法，进行曲轴系统（动涡旋－曲轴－防自传机构－轴承）的动态模拟仿真；（4）研究无油润滑条件下，泄漏间隙和泄漏量对压缩机性能的影响，建立泄漏数学模型，优化确定合理的间隙；建立考虑传热、泄漏及其他因素的压缩机工作过程模拟的数学模型，进行计算机数值模拟，对压缩机的性能进行预测。.通过对常用自润滑材料与钢、铝合金配对摩擦筛选试验，确定摩擦性能较好的聚醚醚酮、聚酰亚胺与球墨铸铁的配对摩擦副，进行深入研究。获得了摩擦副粗糙表面分形特征、摩擦力分形特征、最佳分形维数，建立了涡旋压缩机摩擦力分形预测模型。依据转子系统受力状况的分析，建立了力学模型，找出影响转子系统稳定性的关键因素。以三维实体建模软件和虚拟样机软件为技术平台，实现了涡旋压缩机的虚拟装配和运动仿真。针对主要影响压缩机性能的切向泄漏和径向泄漏，根据结构和泄漏特点，建立了泄漏数学模型，并将理论结果和试验结果进行了比对，吻合度较好。将建立的摩擦力分形预测模型，引入到动涡旋动力特性分析中，获得两者耦合数学模型。本项目关于无油润滑涡旋压缩机摩擦学、动力学的实验结果、理论结果和数学模型，对涡旋压缩机的理论及工程实际应用有着重要的参考价值。