一种基于离散点的变螺距双螺杆转子齿面设计方法及电子设备与流程

本发明涉及压缩机，具体是一种基于离散点的变螺距双螺杆转子齿面设计方法及电子设备。

背景技术：

1、双螺杆压缩机具有可靠性高、操作维护方便、动力平衡性好、适应性强和多相混输等优点，广泛应用于矿山、化工、动力、食品、医药、制冷等领域。

2、双螺杆压缩机的转子是压缩机的核心部件，决定了压缩机的性能。在转子的加工过程中，考虑到安装误差、热变形以及受力变形等因素，转子之间总是留有一定的间隙。转子间隙可设计为等距线和等距面两种，由于采用等距面设计方法获得的转子，转子齿面对同步齿轮侧向间隙的变化不敏感，减少了转子齿面间卡住的危险，对机器的安全运行也十分有利，因此，等距面法作为优选方法。

3、由于转子型线设计过程中，一般存在求解超越方程的过程，导致型线构成的部分曲线没有理论方程，而是以离散点的形式构成，所以虽然等距面法可以通过理论推导获得理论解，但在实际操作过程中难以实现。此外，当前求解等距面型线的方法，只能针对恒定螺距的转子，对于构成变螺距转子齿面的等距面型线的求解并不适用，因此亟待解决。

技术实现思路

1、为了避免和克服现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种基于离散点的变螺距双螺杆转子齿面设计方法及电子设备。本发明根据转子端面型线的离散点数据，能够准确地求解出变螺距下双螺杆转子的等距面型线，进而获得对应的转子齿面。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种基于离散点的变螺距双螺杆转子齿面设计方法，包括以下步骤：

4、s1、获取变螺距双螺杆转子中依次连接以构成闭环的阴转子端面型线的各个离散点的坐标，以及变螺距双螺杆转子依次连接以构成闭环的阳转子端面型线的各个离散点的坐标；

5、s2、沿着阴转子的轴向，按照设定距离通过横截面依次将阴转子等分为多段，且形成的各个阴转子横截面型线均与阴转子端面彼此平行；同时沿着阳转子的轴向，按照设定距离通过横截面依次将阳转子等分为多段，且形成的各个阳转子横截面型线均与阳转子端面彼此平行；

6、s3、计算阴转子中的各个阴转子横截面型线上的离散点的坐标，同时计算阳转子中的各个阳转子横截面型线上的离散点的坐标；

7、s4、基于变螺距双螺杆转子的变螺距螺旋线导程、阴转子中的各个阴转子横截面型线上的离散点的坐标，以及阳转子中的各个阳转子横截面型线上的离散点的坐标，计算对应的阴转子等距面离散点的坐标和对应的阳转子等距面离散点的坐标；

8、s5、根据计算出的各个阴转子等距面离散点的坐标，构建阴转子的转子齿面；同时根据计算出的各个阳转子等距面离散点的坐标，构建阳转子的转子齿面。

9、作为本发明再进一步的方案：步骤s1的具体步骤如下：

10、s11、在阴转子端面上建立平面坐标系o-xy，坐标原点o与阴转子端面的圆心彼此重合；

11、s12、以阴转子的轴线为z轴，在阴转子中建立三维空间坐标系o-xyz；

12、s13、确定在阴转子端面中构成阴转子端面型线的各个离散点在三维空间坐标系o-xyz中的坐标；同时确定在阳转子端面中构成阳转子端面型线的各个离散点在三维空间坐标系o-xyz中的坐标。

13、作为本发明再进一步的方案：阴转子端面和阳转子端面彼此共面，沿着阴转子的轴向依次设置多个均与阴转子端面彼此平行的横截面，且相邻横截面等距布置，各个横截面对阴转子和阳转子同时切割，以获得对应的阴转子横截面型线和阳转子横截面型线；在阴转子中，各个阴转子横截面型线上的离散点与阴转子端面型线的各个离散点彼此一一对应，阴转子端面型线会随着阴转子的螺旋趋势而绕着阴转子轴线发生对应的旋转，则阴转子中的各个阴转子横截面型线中的各个离散点对应的坐标也会对应的绕阴转子轴线旋转一定的角度；同理，阳转子中的各个横截面也会产生同样的情况。

14、作为本发明再进一步的方案：采用阴转子坐标计算公式计算阴转子中的各个阴转子横截面型线上的离散点的坐标；阴转子坐标计算公式具体表示如下：

15、

16、式中，表示在阴转子端面型线中的第i个离散点的横坐标，其中l为阴转子的标志，0为端子端面型线的标志，i∈[1,i]，即在阴转子的任意阴转子横截面型线中均有i个离散点；表示在阴转子端面型线中的第i个离散点的纵坐标；表示在第k个阴转子横截面型线中的第i个离散点的横坐标，k∈[1,k]，即在阴转子中一共有k个阴转子横截面型线；表示在第k个阴转子横截面型线中的第i个离散点的纵坐标；表示在第k个阴转子横截面型线中的第i个离散点的竖坐标；表示在第k个阴转子横截面型线中的第i个离散点的竖坐标的实测值，s为实测数据标志；表示第k个阴转子横截面型线相对于阴转子端面型线绕阴转子轴线旋转的角度。

17、作为本发明再进一步的方案：采用阳转子坐标计算公式计算阳转子中的各个阴转子横截面型线上的离散点的坐标；阳转子坐标计算公式具体表示如下：

18、

19、式中，表示在阳转子端面型线中的第j个离散点的横坐标，其中r为阴转子的标志，j∈[1,j]，即在阳转子的任意阴转子横截面型线中均有j个离散点；表示在阳转子端面型线中的第j个离散点的纵坐标；表示第n个阴转子横截面型线中的第j个离散点的横坐标，n∈[1,n]，即在阳转子中一共有n个阴转子横截面型线；表示第n个阴转子横截面型线中的第j个离散点的纵坐标；表示第n个阴转子横截面型线中的第j个离散点的竖坐标；表示第n个阴转子横截面型线中的第j个离散点的竖坐标的实测值；表示阳转子的第n个阴转子横截面型线相对于阳转子端面型线绕阳转子轴线旋转的角度；m阴转子轴线到阳转子轴线之间的距离。

20、作为本发明再进一步的方案：计算阴转子等距面离散点的坐标的过程具体如下：

21、s4a1、基于阴转子中当前离散点的坐标，以及与该当前离散点相邻的离散点的坐标，计算包含该当前离散点的阴转子横截面型线在该当前离散点处的切线矢量并将该切线矢量记为阴转子第一切线矢量；表示在第k个阴转子横截面型线中的第i个离散点处，根据相邻离散点计算得到的该阴转子横截面型线的切线矢量；

22、s4a2、根据阴转子的变螺距螺旋线导程tl(z)求解阴转子的各个横截面中的各个离散点处的螺旋线的切线矢量并将该切线矢量记为阴转子第二切线矢量；表示在第k个阴转子横截面型线中的第i个离散点处，根据变螺距螺旋线导程tl(z)计算得到的该阴转子横截面型线的切线矢量；

23、s4a3、基于阴转子第一切线矢量和阴转子第二切线矢量，计算对应离散点处的法向量；法向量计算公式如下：

24、

25、式中，表示在第k个阴转子横截面型线中的第i个离散点处，该阴转子横截面型线的法向量；

26、s4a4、基于步骤s4a3计算出的法向量，使用阴转子等距面离散点坐标公式计算阴转子中各个阴转子等距面离散点的坐标；阴转子等距面离散点坐标公式具体表示如下：

27、

28、式中，表示在第k个阴转子横截面型线中的第i个离散点对应的阴转子等距面离散点的横坐标；表示在第k个阴转子横截面型线中的第i个离散点对应的阴转子等距面离散点的纵坐标；表示在第k个阴转子横截面型线中的第i个离散点对应的阴转子等距面离散点的竖坐标；δ表示阴转子和阳转子之间的单边啮合间隙；表示在z轴上的投影长度；表示阴转子的变螺距螺旋线导程tl(z)在竖坐标处的计算值。

29、作为本发明再进一步的方案：计算阳转子等距面离散点的坐标的过程具体如下：

30、s4b1、基于阳转子中当前离散点的坐标，以及与该当前离散点相邻的离散点的坐标，计算包含该当前离散点的阳转子横截面型线在该当前离散点处的切线矢量并将该切线矢量记为阳转子第一切线矢量；表示在第n个阳转子横截面型线中的第j个离散点处，根据相邻离散点计算得到的该阳转子横截面型线的切线矢量；

31、s4b2、根据阳转子的变螺距螺旋线导程tr(z)求解阳转子的各个横截面中的各个离散点处的螺旋线的切线矢量并将该切线矢量记为第二切线矢量；表示在第n个阳转子横截面型线中的第j个离散点处，根据变螺距螺旋线导程tr(z)计算得到的该阳转子横截面型线的切线矢量；

32、s4b3、基于阳转子第一切线矢量和阳转子第二切线矢量，计算对应离散点处的法向量；法向量计算公式如下：

33、

34、式中，表示在第n个阳转子横截面型线中的第j个离散点处，该阳转子横截面型线的法向量；

35、s4b4、基于步骤s4b3计算出的法向量，使用阳转子等距面离散点坐标公式计算阳转子中各个阳转子等距面离散点的坐标；阳转子等距面离散点坐标公式具体表示如下：

36、

37、式中，表示在第n个阳转子横截面型线中的第j个离散点对应的阳转子等距面离散点的横坐标；表示在第n个阳转子横截面型线中的第j个离散点对应的阳转子等距面离散点的纵坐标；表示在第n个阳转子横截面型线中的第j个离散点对应的阳转子等距面离散点的竖坐标；表示在z轴上的投影长度；表示阳转子的变螺距螺旋线导程tr(z)在竖坐标处的计算值。

38、作为本发明再进一步的方案：将阴转子中的同一阴转子横截面型线对应的各个阴转子等距面离散点的坐标彼此相连，构成该阴转子横截面型线对应的阴转子等距面型线，将阴转子中的各个阴转子等距面型线依次相连，即可构成该阴转子的转子齿面；将阳转子中的同一阳转子横截面型线的各个阳转子等距面离散点的坐标彼此相连，构成该阳转子横截面型线对应的阳转子等距面型线，将阳转子中的各个阳转子等距面型线依次相连，即可构成该阳转子的转子齿面。

39、作为本发明再进一步的方案：用于给阴转子等距面型线作为参考的给定平面为阴转子端面；用于给阳转子等距面型线作为参考的给定平面为阳转子端面。

40、一种电子设备，包括处理器、输入设备、输出设备和存储器，所述处理器、输入设备、输出设备和存储器依次连接，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述处理器被配置用于调用所述程序指令，执行上述的设计方法。

41、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

42、1、本发明通过转子端面型线上的各个离散点的坐标计算属于等距面型线上的各个数据点的坐标，进而获得对应等距面型线，计算的过程中不需要型线的理论方程，从而能够更加快速的计算出对应的转子齿面；同时在没有复杂的理论方程的干扰下，能够准确的求解出变螺距下双螺杆转子的等距面型线，进而获得对应的转子齿面。

43、2.本发明提供的设计方法，不局限于等螺距转子，可适用于任意非定螺距双螺杆转子的等距面求解，提高本发明设计方法的适用范围。