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計算機輔助設計的簡要歷史
在我們講述CAD的基本理論之前,先說說他的簡史是比較合適的。CAD是計算機時代的產品.它從早期的計算機繪圖系統(tǒng)發(fā)展到現(xiàn)在的交互式計算機圖形學.兩個這樣的系統(tǒng)包括:麻省理工學院的Sage Project及Sketchpad。Sage Project旨在開發(fā)CRT顯示器及操作系統(tǒng). Sketchpad是在Sage Project下發(fā)展起來的.CRT顯示和光筆輸入用于與系統(tǒng)進行交互操作.CAD與初次出現(xiàn)的NC和APT(自動編程工具)碰巧同時出世.后來,X-Y繪圖儀作為計算機繪圖的標準硬拷貝輸出裝置使用,一個有趣的現(xiàn)象是X-Y繪圖儀與NC鉆床具有相同的基本機構,除了繪圖筆NC機床上的主軸刀具替代之外。
開始，CAD系統(tǒng)僅僅是一個帶有內置設計符號的繪圖編輯器，供用戶使用的幾何元素只有直線、圓弧、以及兩者的組合。自由曲線及其曲面的發(fā)展，如昆氏嵌面、貝塞爾嵌面以及B-樣條曲線，使CAD系統(tǒng)可用于復雜曲線與曲面設計。三維CAD系統(tǒng)允許設計者步入三維設計空間。由于一個三維設計模型包含了NC刀具路徑編程所需的足夠信息，所以能夠開發(fā)CAD與NC之間聯(lián)系的系統(tǒng)。所謂交鑰匙的CAD/CAM系統(tǒng)便是根據(jù)這一概念開發(fā)的，并從20世紀70年代至80年代流行起來。
20世紀70年代，三維實體建模的發(fā)明標志著CAD一個新時代的開始。過去的三維線框模型僅用其邊界來表達一個物體。這在某種意義上是模糊的，一個簡單的模型可能有幾種解釋。同時也無法獲得一個模型的體積信息。實體模型包含完整的信息，因此，它們不僅可用于生成工程圖，而且也可在同一模型上完成工程分析。后來，開發(fā)了許多商業(yè)系統(tǒng)和研究系統(tǒng)。這些系統(tǒng)中相當多的是基于PADL和BUILD系統(tǒng)。盡管它們在表達上是強有力的，但仍然存在許多缺陷。例如，這種系統(tǒng)要有極強的計算能力和內存需求，非常規(guī)的物體建模方式以及標注公差能力的缺乏，這一切已阻礙了CAD應用。直到20世紀80年代中期，實體建模開始介入設計環(huán)境。今天實體建模的應用如同繪圖和線框模型應用一樣普遍。
在個人計算機上，CAD已走向大眾化。這種發(fā)展使CAD應用面廣并且很經濟。CAD原本作為一種工具僅被航空和其它主要工業(yè)企業(yè)使用。諸如AutoCAD、VersaCAD、CADKEY等個人機CAD軟件包的引入，使小型公司乃至個人可以擁有并使用CAD系統(tǒng)。到1988年為止已銷售10萬個以上的PC CAD軟件包。今天，基于個人計算機的實體建摸的PC CAD易于獲得，并且銷售變得更為普及。由于微型計算機的迅速發(fā)展使得個人計算機能夠承受實體模型需要的大量計算負荷，所以如今許多實體模型在PC機上運行，并且作為平臺 已不成為一個問題。隨著標準圖形用戶界面的發(fā)展，CAD系統(tǒng)可以很容易地從一臺計算機傳送，大多數(shù)CAD系統(tǒng)都能在不同平臺上運行。在大型計算機、工作臺和基于個人計算機的CAD系統(tǒng)之間幾乎沒有區(qū)別。
計算機輔助設計的結構
一個CAD系統(tǒng)包含三個主要部分：
（1）硬件 計算機及輸入/輸出裝置。
（2）操作系統(tǒng)軟件。
（3）應用軟件 CAD軟件包。
硬件主要用于支持軟件功能。在CAD系統(tǒng)中使用著種類繁多的硬件。操作系統(tǒng)軟件是CAD應用軟件與硬件之間的界面。操作系統(tǒng)軟件管理著硬件運行并提供許多諸如創(chuàng)建 和取消操作任務、控制任務的進程、在任務間分配硬件資源、提供通向軟件資源，如文件、編輯器、編譯和應用程序的通道等基本功能。這不僅對CAD軟件很重要，而且對非CAD軟件也很重要。
應用軟件是CAD系統(tǒng)的核心。它由二維和三維建摸、繪圖、工程分析等程序組成。一個CAD系統(tǒng)的功能便建立在應用軟件中。正是應用軟件使一種CAD軟件包區(qū)別于另一種，通常應用軟件是依賴于操作系統(tǒng)的。要把在一個操作系統(tǒng)上運行的CAD系統(tǒng)移到另一個操作系統(tǒng)上，并不像編譯軟件那樣微不足道。因此也必須注意操作系統(tǒng)。
計算機輔助設計
計算機輔助設計給了設計者去嘗試幾個可行的解決方案的能力。通常還需要某些形式的設計分析計算，而為了這一任務已經編寫了許多程序。計算機為設計者對所建議的各種結構設計的分析和為最終設計準備正式繪圖提供了強有力的工具。
在二維繪圖領域中，計算機方法能夠提供比傳統(tǒng)的紙和筆的方法更有意義、更大成本節(jié)約的優(yōu)點，但是一個CAD系統(tǒng)并不僅是一個電子繪圖板。計算機繪圖系統(tǒng)可使設計者設計出既快又準確的圖形，并且很容易修改。在涉及到重復性工作時，會戲劇性產生復制產品，因為標準圖形只要一次構建成功，就可以從圖庫中取出。剪切和粘貼技術作為節(jié)約勞動力的輔助工具被使用。當幾個分項目設計人員從事同一個工程時，要建立中心數(shù)據(jù)庫，使得由某一個人繪的細節(jié)圖可以很容易地合并到其它不同的裝配圖中。中心數(shù)據(jù)庫也可作為標準參考零件庫使用。
有限元是一項成熟的應力分析技術，它多被土木工程和機械工程所采用。它由將結構劃分成有限個的小單元所組成，并計算每一個單元之間的作用力。如果被分割的單元足夠小，就能對一個結構或實體的內部應力獲得一個好的估計。這些計算機設計慣用于大型結構物的設計，諸如船體、橋梁、飛機機身和海面油井平臺。汽車工業(yè)也使用類似的方法來設計和制造車身。
二維繪圖
CAD使多視圖的二維繪圖成為可能，視圖空間可以從微米到米的比例范圍內無限變化。它提供給機械設計師放大的功能，即使在恰當配合的裝配零件中最小的零件也能看清楚，設計程序甚至能自動辨認CAD裝配圖中的潛在問題。針對具有不同特征的零件，如運動的或靜止的，在顯示時可以被指定成不同的顏色。為了有利于工程設計的變化，可使用帶有自動尺寸變化的系統(tǒng)對零件進行尺寸標注。
三維繪圖
隨著三維建模的出現(xiàn)，設計者具有了更多的自由度。他們可以生成三維零件圖并且可以無限制地修改以獲得所需的結果。通過有限元分析，應力加到計算機模型上，并且以圖形化的方式顯示其結果，在產品物理模型真正產生之前，對設計中的任何內在問題給設計者一個快速的反饋。
三維模型可用線框、曲線或實體方式生成。在線框模型中，直線和圓弧構成了模型邊界。結果是一個可以從任何位置觀察的三維模型，但仍只是一個框架形式。創(chuàng)建曲面猶如在骨架上包上皮。一旦這樣生成后，模型就可以被渲染，使得圖形看上去更逼真。曲面模型普遍用于構建板金的展開和重疊以用于制造。
實體模型是最復雜的建模層次，并且用于建立實體模型的程序在一段時期內只用在大型計算機上。只有近年來微型計算機才達到這個能力水平，也可以運行復雜的算法，生成實體模型。計算機“認為”實體模型是一種具有實體質量的模型，所以它可被“鉆孔”“加工”“焊接”，好象它是一個實際的零件。它能夠由任何材料構成并呈現(xiàn)其材料特性，因此，能夠進行質量計算。
計算機輔助繪圖的好處
用計算機完成繪圖及設計任務的好處是令人難忘的：提高速度、提高準確性、減少硬拷貝存儲空間及易于恢復信息、加強信息傳輸能力、改善傳輸質量和便于修改。
速度
工業(yè)用計算機能以平均每秒3300萬次完成一項任務；更新的計算機其速度更快。用計算機計算零件的變形量是一個重要功績。當理論上的載荷力加到零件上時、通過計算機進行有限元分析或者在監(jiān)視器上顯示一個城市的整體規(guī)劃時，這兩者都是既費時又計算量大的任務。AutoCAD軟件可根據(jù)需要多次復制所需模型的形狀和幾何尺寸，快速自動地進行剖面填充及尺寸標注。
準確
AutoCAD程序依靠操作系統(tǒng)及計算機平臺每點具有14位的精度。這在用數(shù)學計算諸如一個圓的線段數(shù)、程序必須圓整線段時是十分重要的。
存儲
計算機能夠在物理空間中存儲上千幅圖，這空間能夠存儲上百幅手工圖。而且計算機能夠很容易地搜索和找到一幅圖，只要操作者擁有正確的文件名。
傳輸
由于計算機的數(shù)據(jù)是以電子形式存儲，它能被送到各種位置。最明顯的位置是監(jiān)視器。計算機可以在屏幕上以不同的方式顯示數(shù)據(jù)，如圖形，并能方便地將數(shù)據(jù)轉換成可讀圖形。這些數(shù)據(jù)也可被傳送給繪圖機，打印出常見的圖紙，通過直接連接到計算機輔助制造機床或由電話線傳到地球的任何地方。你可以不再冒損失或丟失的危險去郵寄圖紙，現(xiàn)在圖紙可以通過電信網立即發(fā)送到目的地。
A Brief History of ＣＡＤ
Before we present the basics of CAD ,it is appropriate to give a brief history . CAD is a product of the computer era. It originated from early computer graphic systems to the development of interactive computer graphics. Two such systems include the Sage Project at the Massachusetts Institute of Technology (MIT) and Sketchpad. The Sage Project was aimed at developing CRT displays and operating systems. Sketchpad was developed under the Sage Project. A CRT display and light pen input were used to interact with the system. This coincidentally happened at about the same time that NC and APT(Automatically Programmed Tool)first appeared. Later, X-Y plotters were used as the standard hard-copy output device for computer graphics. An interesting note is that an X-Y plotter has the same basic structure as a NC drilling machine except that a pen is substituted for the tool on NC spindle.
In the beginning, CAD systems were no more than graphics editor with some built-in design symbols. The geometry available to the user was limited to lines, circular arcs, and the combination of the two. The development of free-form curves and surfaces, such as Coon’s patch, Bezier’s patch, and B-spline, enable a CAD system allow to be used for sophisticated curves and surface design. Three-dimensional CAD system allow a designer to move into the third dimension. Because a three-dimensional model contains enough information for NC cutter-path programming, the linkage between CAD and NC can be developed. So called turnkey CAD/CAM systems were developed based on this concept and became popular in the 1970s and 1980s.
The 1970s marked the beginning of a new era in CAD-the invention of three-dimensional solid modeling. In the past, three-dimensional, wire-frame models represented an object only by its bounding edges. They are ambiguous in the sense that several interpretations might be possible for a single model. There is also no way to find the volumetric information of a model. Solid models contain complete information; therefore, not only can they be used to produce engineering drawing, but engineering analysis can be performed on the same model as well. Later many commercial systems and research systems were developed. Quite a few of these systems were based on the PADL and BUILD systems. Although they are powerful in representation, many deficiencies still exist. For example, such systems have extreme computation and resource (memory) requirements, an unconventional way of modeling object and a lack of tolerance capability have all hindered CAD applications. It was not until the mid-1980s that solid modelers made their way into the design environment. Today, their use is as common as drafting and wire-frame model applications.
CAD implementations on personal computers (PCs) have brought CAD to the masses. This development has made CAD available and affordable. CAD originally was a tool used only by aerospace and other major industrial corporation. The introduction of PC CAD packages, such as, AutoCAD, VersaCAD, CADKEY, and so on, has made it possible for small companies and even individuals to own and use CAD systems. By1980, more than 100,000 PC CAD packages had been sold. Today PC-based solid modelers are available and are becoming increasingly popular. Because rapid developments in microcomputers have enabled PCs to carry the heavy computational load necessary for solid modeling, many solid modelers now run on PCs, and the platform has become less of an issue. With the standard graphics user interface (GUI), CAD systems can be ported easily from one computer to another , Most major CAD systems are able to run on a variety of platforms. There is little difference between mainframe, workstation, and PC-based CAD systems.
The Architecture of CAD
A CAD system consists of three major parts:
(1)Hardware computer and input/output(I/O)devices.
(2)Operating system software.
(3)Application software CAD package.
Hardware is used to support the software functions. A wide range of hardware is used in CAD systems. The operating system software is the interface between the CAD application software and the hardware. It supervises the operation of the hardware and provides basics functions such as creating and removing operation tasks, and providing access to software resources such as files, editors, compilers and utility programs. It is important not only for CAD software, but also for non-CAD software.
The application software is the heart of a CAD system. It contains of programs that do 2-D and 3-D modeling, drafting, and engineering analysis. The functionality of a CAD system is built into the application software. It is application software that makes one CAD package different form another. Application software is usually operating-system-dependent. To transport a CAD system running in one operating system to another operating system is not as trivial as recompiling the software. Therefore, attention must be given to the operating system as well.
Computer Aided Design
Computer aided design gives the designer the ability to experiment with several possible solutions. Usually some forms of design analysis calculations need to be done and many programs have been written for this task. The computer provides the designer with a powerful tool for analyzing proposed designs and for preparing formal drawing of the final design.
Two-dimensional drawing is one area in which computer methods can off significant, quantifiable cost advantages over traditional paper and pen methods, but a CAD system is not just an electronic drawing board. Computer drawing systems enable designers to produce fast accurate drawings and easily modify them. Draught productivity rises dramatically when repetitive work is involved, since standard shapes are constructed only once and can be retrieved from a library. Cut and paste techniques are used as labor-saving aids. When several detail drawn by one person can be easily incorporated into different assemble drawing. This central database also serves as a library of standard preferred computers.
Finite element is a sophisticated stress analysis technique much used by civil and mechanical engineers. It consists of dividing a structure into small, but finite, components and calculating the force between each element. If the elements are small enough, a good estimate of the internal stresses in a structure or solid body can be obtained. These computer techniques are routinely used in the design of large structure such as ship hulls, bridges, aircraft fuselages and offshore oil rig. The motor car industry also uses similar methods for design and manufacture of car bodies.
Two-dimensional Drawings
CAD makes possible multiview 2D drawing, with an endless possibility of views in range of scales from microns to meters to meters. It gives the mechanical designer the ability to magnify even the smallest of components to ascertain if the assembled components fit properly and even to design programs to identify automatically potential problems in CAD assembly. Parts with different characteristics, such as movable or stationary, can be assigned different colors on the display. Parts can be dimensioned with automatic dimensioning changes, allowing for expedient engineering design changes.
Three-Dimensional Drawings
Designers have even more freedom with the advent of 3D modeling. They can 3D parts and manipulate them in endless variations to achieve the desired results. Through finite element analysis FEA), stress can be applied to a computer model and the results graphically displayed, giving the designer guick feedback on any inherent problems in a design before the creation of a physical prototype.
3Dmodels can be created in wire-frame, in surfaces or in solid form. In wire-frame, lines and arcs form edges that generate the model. The result is a 3D form that can be viewed from any location but still only a skeletal form. Creating a surface stretches a skin over the skeleton (Fig.8-1b).Once this is done, the model can be rendered so that it appears more tangible. Surface models are commonly used in the creation of sheet metal developments that can be unfolded for manufacture.
Solid models are the most complex level of modeling and while the programs to create them have been available for some time on large mainframe computers, it is only recently that microcomputers have reached a level of power that allows the running of the sophisticated algorithms needed to create solid model（Fig.8-2）. The computer “thinks” the solid is sold mass so it can be “drilled”, “machined,”or “welded” as if it were an actual physical part. It can be made out of any material’s characteristics, thereby allowing calculations of mass to be made.
CAD’S Benefits
The benefits of computer use in drafting and design tasks are impressive: increased speed, greater accuracy, reduction of hardcopy storage space as well as better recall, enhanced communication capabilities, improve quality and easier modification.
Speed
A person computer used in industry can perform a task at an average rate of 33 million operations per second; newer computer are even faster. This is an important feat when using it to calculate the amount of deflection of a component, when theoretical physical forces are applied to it, through finite element analysis(FEA) or when displaying an entire city plan on a monitor, both of which are time-consuming and calculation-intensive tasks. AutoCAD software can duplicate any geometry as many times as required and can also perform crosshatching and dimensioning automatically and equally as fast.
Accuracy
The AutoCAD program has an accuracy of 14 significant digits of precision for each point, depending on the operating system and computer platform. This extremely important when the program must round off numbers during mathematical calculations such as segmenting a circle.
Storage
The computer can store thousands of drawings in the physical space that it would take to store hundreds of manual drawings. Also, the computer can search and find a drawing with ease, as long as the operator possesses the correct.
Communication
Because the computer’s data is stored in an electronic form, it cam be sent to s variety of locations. The first obvious location is the monitor. The computer can display the data on the screen in different forms such as graphics, easily converting the data into readable drawing. The data can also be a plotter to produce the familiar paper drawing, via a direct link to a computer-aided manufacturing (CAD) machine or via telephone to anywhere around the globe. You no longer have to mail drawing, risking damage and loss; they can not be at their destination instantly via the telecommunications network.
課題研究擬采用的手段和工作路線
]課程設計方法：
1) 獨立思考，繼承和創(chuàng)新
設計時，要認真閱讀參考資料，繼承或借鑒前人的設計經驗和成果，但不地進行改進和創(chuàng)新。能盲目地全盤抄襲，應根據(jù)具體的設計條件和要求，大膽
2) 全面考慮 機械零部件地強度、剛度、工藝性、經濟性和維護等要求
任何零部件的機構和尺寸，除去考慮它的強度剛度外，還應該綜合考慮零件本身及整個部件的工藝性要求、經濟性要求等才能確定。
3) 設計方法
通過計算確定零件的基本尺寸，再通過草圖設計決定其具體結構和尺寸；而有些零件則需先經初算和繪草圖，得出初步符合設計條件的基本結構尺寸，然后再進行必要得計算，根據(jù)計算的結果，再對結構和尺寸進行修改。
4) 使用標準和規(guī)范
設計時應盡量使用標準和規(guī)范，這有利于零件的互換性和工藝性，同時也可減少設計工作量、節(jié)省設計時間，對于國家標準或部門規(guī)范，一般都要
嚴格遵守和執(zhí)行。設計中采用標準或規(guī)范的多少，時評價設計質量的一項指標。因此，課程設計中，凡是有標準或規(guī)范的，應該盡量采用
工作路線：
1) 設計準備
了解設計任務書，明確設計要求、工作條件、設計內容的步驟；通過查閱有關設計資料，觀看電教片和參觀實物或模型等，了解設計對象的性能、結構及工藝性；準備好設計需要資料、繪圖工具；擬定設計計劃等。
2) 校核V帶及減小噪音的措施
擬定和確定工作方案；選擇電機；校核V帶。大致分析壓縮機產生噪聲的原因和有效減小噪聲的措施。
3) 工作原理草圖設計
繪制工作原理草圖；進行各零部件和結構件設計。
4) 繪制零件工作圖
繪出零件的必要視圖；標注尺寸、公差及表面粗糙度；編寫技術要求和標題欄等
5) 編寫設計說明書
寫明整個設計的主要計算和一些技術說明。
第一章. 引 言
目前，容積式壓縮機的全球年產量為1.5億余臺，其中大多數(shù)被應用于空氣動力和制冷系統(tǒng)。過去的30年間，轉子型線的改進使螺桿壓縮機內部泄漏徹底減少，同時技術日益成熟的機床可以將形狀較為復雜零件的加工公差控制在工程允許的 3μm以內，以致傳統(tǒng)的往復式壓縮機在許多應用領域逐步被螺桿壓縮機所替代。人工分析計算的方法是設計者預測壓縮機性能的主要手段，并且在此過程中取得了一些技術上的突破，但其適用范圍和準確度與現(xiàn)代數(shù)控機床和裝配過程相比卻遜色很多。因此，先進的分析手段增大了技術創(chuàng)新的可能性，進而提高螺桿壓縮機的性能，降低制造成本，進一步擴大螺桿壓縮機的應用范圍。
轉子型線的改進依然是提高螺桿壓縮機性能最有效的手段，依靠經驗確定轉子齒型和轉子大量采用通用型線的歷史將被逐步完善的先進、合理、高效的轉子加工工序所改寫，從而取得良好的應用成效。另外，改善的壓縮機內部流動模型有助于更好地進行孔口設計，軸承負荷及其脈動的準確判定有助于選擇更為合適的軸承。最后，如果可以較為準確地估計由于壓縮機內部溫度及壓力變化引起的轉子和機殼的扭轉變形，我們就可以在機器的加工過程中采取相應的措施以便將溫度及壓力脈動的不良影響降至最小。本文涵蓋了可能引發(fā)螺桿壓縮機技術創(chuàng)新的最新流動模型與分析方法，以及利用這些手段提高機器性能、擴展應用范圍的典型案例。
第二章 螺桿壓縮機的介紹
一. 發(fā)展歷程
20世紀30年代，瑞典工程師Alf Lysholm在對燃氣輪機進行研究時，希望找到一種作回轉運動的壓縮機，要求其轉速比活塞壓縮機高得多，以便可由燃氣輪機直接驅動，并且不會發(fā)生喘振。為了達到上述目標，他發(fā)明了螺桿壓縮機。
在理論上，螺桿壓縮機具有他所需要的特點，但由于必須具有非常大的排氣量，才能滿足燃氣輪機工作的要求，螺桿壓縮機并沒有在此領域獲得應用。盡管如此，Alf Lysholm及其所在的瑞典SRM公司，對螺桿壓縮機在其它領域的應用，繼續(xù)進行了深入的研究。1937年，Alf Lysholm 在SRM公司研制成功了兩類螺桿壓縮機試驗樣機，并取得了令人滿意的測試結果。
1946年，位于蘇格蘭的英國 James Howden 公司，第一個從瑞典SRM公司獲得了生產螺桿壓縮機的許可證。
隨后，歐洲、美國和日本的多家公司也陸續(xù)從瑞典SRM公司獲得了這種許可證，從事螺桿壓縮機的生產和銷售。最先發(fā)展起來的螺桿壓縮機是無油螺桿壓縮機。
1957年噴油螺桿空氣壓縮機投入了市場應用。
1961年又研制成功了噴油螺桿制冷壓縮機和螺桿工藝壓縮機。
過隨后持續(xù)的基礎理論研究和產品開發(fā)試驗，通過對轉子型線的不斷改進和專用轉子加工設備的開發(fā)成功，螺桿壓縮機的優(yōu)越性能得到了不斷的發(fā)揮。
二. 發(fā)展方向
螺桿壓縮機廣泛應用于礦山、化工、動力、冶金、建筑、機械、制冷等工業(yè)部門，在寬廣的容量和式況范圍內，逐步替代了其它種類的壓縮機，統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，螺桿壓縮機的銷售量已占其它容積式壓縮機銷售量的80%以上，在所有正在運行的容積式壓縮機中，有50%的是螺桿壓縮機。今后螺桿壓縮機的市場份額仍將不斷的擴大。
為了進一步改善螺桿壓縮機的性能，擴大其應用范圍，應在以下幾個方面作深入研究。
1、 在型線嚙合特性、轉子受力變形和受熱膨脹等方面研究的基礎上，創(chuàng)造新的高效型線，以進一步提高螺桿壓縮機的效率。
2、 分析噴油對、螺桿壓縮機工作過程中泄漏、換熱和摩擦等方面的影響機理，使噴油參數(shù)的設計從目前的經驗設計提高到機理設計和優(yōu)化設計。
3、 研究吸氣和排氣過程的流動特性，在流場分析的基礎上，進一步合理配置吸排氣孔口和相關連接管道。
4、 分析螺壓縮機的噪音產生機理，研究型線設計和孔口配置等因素對噪聲指標的影響，從而更有效的降低噪聲。
5、 研究轉子螺旋齒面的加工工藝，除研究高精度和同生產率的專用設備外，還要研究新型少切削和無切削工藝。
6、 擴大螺桿壓縮機的參數(shù)范圍，主要應向小容積流量、高排氣壓力方向發(fā)展。同時，研究氣量調節(jié)機構與智能控制系統(tǒng)，提高調節(jié)式況下壓縮機運轉的經濟性，進一步擴大螺桿壓縮機的應用范圍。
三. 螺桿壓縮機的研究意義
壓縮機可分二大類，容積式壓縮機和動力式壓縮機。容積式壓縮機又可分往復式和回轉式。本可題研究的是螺桿空氣壓縮機，屬于雙軸壓縮機。螺桿壓縮機--是回轉容積式壓縮機，在其中兩個帶有螺旋型齒輪的轉子相互嚙合，從而將氣體壓縮并排出。
用可靠性高的螺桿式壓縮機取代易損件多，可靠性差的活塞式壓縮機，已經成為必然趨勢。日本螺桿壓縮機1976年僅占27%，1985年則上升到85%。目前西方發(fā)達國家螺桿壓縮機市場占有率為80%，并保持上升勢頭。螺桿壓縮機具有結構簡單、體積小、沒有易損件、工作可靠、壽命長、維修簡單等優(yōu)點。
螺桿壓縮機有雙螺桿與單螺桿兩種。單螺桿壓縮機的發(fā)明比雙螺桿壓縮機晚十幾年，設計上更趨合理、先進。單螺桿壓縮機克服了雙螺桿壓縮機不平衡、軸承易損的缺點；具有壽命長，噪音低，更加節(jié)能等優(yōu)點。
相對其他復雜回轉機械來說，螺桿壓縮機的設計制造還是比較簡單的。由于螺桿壓縮機的回轉運動部件只有兩個轉子，所以它可以可靠地高速運轉。高精度的轉子齒型銑削與磨削加工可以較低的成本將齒間間隙控制在30～503μm之間。與早期的機器相比，內部泄漏已經大幅減少。可見，螺桿壓縮機已經成為精密、高效的 機械，并且能夠適用于較大的壓力與排量范圍。因此，容積式壓縮機的大部分市場與應用場合已被螺桿壓縮機占據(jù)。
螺桿壓縮機的發(fā)展趨勢是在滿足性能要求的前提下，減小機器的尺寸。這就意味著需要在保持較高效率的同時盡可能提高轉子齒頂速度。在一般的實驗中，廣泛采用的軸承是滾動軸承，因為與滑動軸承相比，滾動軸承允許更小的間隙。另外，為使吸氣與排氣孔口處的氣流速度降到最低，吸排氣孔口需要開設得盡可能大。上述這些設計原則在任何應用場合中都是普遍適用的。與先進的轉子型線一樣，為了取得螺桿壓縮機設計的最大進步，能夠將損失降到最低的其他組件的改進也是非常重要的。所以，對轉子與機殼之間的間隙進行合理選擇也是很有必要的，尤其是在高壓端。當間隙較小時，需要采用較昂貴的優(yōu)質軸承，當通過預緊將間隙控制在允許范圍內時，可以采用比較廉價的軸承。 螺桿壓縮機尤其是噴油螺桿壓縮機通常在較高壓力差下工作，單級壓比較高，產生的軸向力與徑向力較大。中小型 壓縮機一般采用滾動軸承。由于轉子中心距受其一定的影響，為設計出滿意的產品，滾動軸承的選用及校核也應慎重。值得一提的是，近期研發(fā)出的一種摩擦很小的滾動軸承提供了一個不錯的選擇，詳細參見Meyers[37]。通常在轉子的高壓端設有兩個軸承來分別承受軸向力與徑向力。
轉子間的接觸力大小取決于它們之間傳遞的扭矩，當陰陽轉子直接接觸時，接觸力較大。當壓縮機的驅動力矩由陽轉子傳送時，接觸力相對較小。倘若將驅動力矩由陰轉子傳送，產生的接觸力非常大，這是不允許的。
噴入壓縮機內的潤滑油也有潤滑軸承的作用，但是為了盡量減小摩擦損失，軸承的供油與回油系統(tǒng)是獨立的。機體上的噴油孔口開設在由熱力計算結果得出的氣體溫度與潤滑油溫度相等的位置，除此之外，噴油孔口應位于轉子螺旋線上方，這樣，潤滑油可以從陰轉子齒頂沿螺旋齒面切線方向進入機體，達到回收所噴入潤滑油的動能的目的。
為將吸排氣孔口的流動損失降到最低，螺桿壓縮機還應符合以下技術指標。進入壓縮機的氣體的流道應盡量避免彎曲，這就要求吸氣孔口要開設在機殼上，另外，盡量擴大進氣的流通面積從而降低吸氣孔口處的氣體流速。排氣孔口的尺寸主要是由熱力性能所要求的內壓力比決定的，還應考慮降低排氣流速和降低內部、排氣孔口處流動損失的需要。機殼的設計加工要盡量減小其重量，還應配置加強筋以提高高壓下的強度。< /p>
雖然螺桿壓縮機現(xiàn)在已經是一種發(fā)展比較成熟的產品，但由于以計算機建模與數(shù)值分析為主的工程科學的介入，我們還可以在設計過程中做出更大的改進，提高效率、減小機器尺寸、降低制造成本等。另外，為了達到最優(yōu)化的設計，軸承技術與潤滑的改善也是十分重要的.
四.螺桿式空壓機原理
1.吸氣過程：
螺桿式的進氣側吸氣口，必須設計得使壓縮室可以充分吸氣，而螺桿式壓縮機并無進氣與排氣閥組，進氣只靠一調節(jié)閥的開啟、關閉調節(jié)，當轉子轉動時，主副轉子的齒溝空間在轉至進氣端壁開口時，其空間最大，此時轉子的齒溝空間與進氣口之自由空氣相通，因在排氣時齒溝之空氣被全數(shù)排出，排氣結束時，齒溝乃處于真空狀態(tài)，當轉到進氣口時，外界空氣即被吸入，沿軸向流入主副轉子的齒溝內。當空氣充滿整個齒溝時，轉子之進氣側端面轉離了機殼之進氣口，在齒溝間的空氣即被封閉。
2、封閉及輸送過程：
主副兩轉子在吸氣結束時，其主副轉子齒峰會與機殼閉封，此時空氣在齒溝內閉封不再外流，即[封閉過程]。兩轉子繼續(xù)轉動，其齒峰與齒溝在吸氣端吻合，吻合面逐漸向排氣端移動。
3、壓縮及噴油過程：
在輸送過程中，嚙合面逐漸向排氣端移動，亦即嚙合面與排氣口間的齒溝間漸漸減小，齒溝內之氣體逐漸被壓縮，壓力提高，此即[壓縮過程]。而壓縮同時潤滑油亦因壓力差的作用而噴入壓縮室內與室氣混合。
4、排氣過程：
當轉子的嚙合端面轉到與機殼排氣相通時，（此時壓縮氣體之壓力最高）被壓縮之氣體開始排出，直至齒峰與齒溝的嚙合面移至排氣端面，此時兩轉子嚙合面與機殼排氣口這齒溝空間為零，即完成（排氣過程），在此同時轉子嚙合面與機殼進氣口之間的齒溝長度又達到最長，其吸氣過程又在進行
如今，螺桿機械作為壓縮機兼膨脹機被用于不同的場合，其工作介質可以是氣體、干蒸汽或在機器內部發(fā)生相變的多相混合物等，按照潤滑、冷卻方式的不同，可以分為噴油式螺桿機械、壓縮或膨脹過程中噴入其他流體的螺桿機械，以及干式螺桿機械。機體的幾何形狀取決于轉子齒數(shù)、轉子齒型還有不同組成齒曲線構成的齒段的相對比例。實踐告訴我們，沒有對所有應用場合都十分理想的結構和配置，為了獲得最佳的機型，詳細的熱力學分析與設計參數(shù)的變化對機器性能影響的估算都是十分必要的。因此，在最優(yōu)化分析處理過程中制定嚴格技術標準是研發(fā)一臺優(yōu)良機器的先決條件。同時，這些準則有助于進一步提高現(xiàn)有的 螺桿機械設計水平并擴展其應用范圍，在市場競爭中爭取到更多的優(yōu)勢。
五.螺桿空壓機的操作規(guī)程
1、注意事項
a.使用空氣軟管，則尺寸要正確，并適合于所采用的工作壓力，不要用已擦傷、損壞或易變形的軟管，軟管端部的連接件和緊固件的型號和尺寸一定要正確，在崐排出壓縮空氣時，開口端一定要牢牢把握住，否則軟管將會揮舞而致傷人，不要將壓縮空氣直接對人，使用壓縮空氣清潔設備時要十分小心，并帶上眼罩。
b.不要在有可能吸入易燃或有毒氣體的地方操作壓縮機。
c.不要在超過銘牌上規(guī)定的壓力情況下運轉，盡可能不要在低于銘牌上規(guī)定的壓力情況下運轉。
d.運轉時必須關閉全部車棚邊門。
e.定期檢查
(a)安全裝置的可靠性。
(b)軟管的完好程度。
(c)有無泄漏。
(d)所有電氣接頭應穩(wěn)固、良好。
2、初次啟動前的準備工作
a.卸除木契、墊木與抱箍及支撐。
b.檢查接線是否正確。
c.檢查電機過載繼電器的整定值。
d.檢查電氣接線是否符合安全規(guī)程的要求，絕緣必須接地以防止短路，接電源開關應設在機組附近。
e.往儲氣罐/油氣分離器加油至液面計油位“70”處。
f.接通水路。
g.關閉兩個排放閥。
h.接上電源，啟動后立即停車，使電機稍微移動一下，檢查旋轉方向與接筒上的箭頭指示方向是否一致，若不一致，則重新接線。
i.機組起動，在空載運行期間檢查油是否泄漏后，打開供氣閥。
k.逐漸關閉供氣閥至壓縮機卸荷運行；檢查機組是否正常運行在負荷運行期間