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新型葉片鉸接滾動轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)是在傳統(tǒng)滾動轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)的基礎(chǔ)上，對彈簧、滑片結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)而得到的。這種新型壓縮機(jī)去除了彈簧、直線滑片變成了弧形葉片，葉片的兩端分別鉸接于缸體和與滾動活塞固接的鉸接支座上，從而使滑片與滾動活塞、滑片與滑片槽之間的滑動摩擦變成為葉片鉸接頭與鉸鏈支座及缸體上鉸接槽間的旋轉(zhuǎn)摩擦。通過對新型葉片鉸接滾動轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)的簡化機(jī)構(gòu)、主要零部件進(jìn)行運(yùn)動分析可見，由于它們結(jié)構(gòu)的不同、主要零部件受力不同，使得它們的運(yùn)動規(guī)律也不相同：葉片鉸接滾動轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)的隔離葉片作平面旋轉(zhuǎn)擺動運(yùn)動，比傳統(tǒng)滾動轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)滑片的變加速直線往復(fù)運(yùn)動要好。下面介紹主要零部件的有限元進(jìn)行分析。
傳統(tǒng)滾動轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)滾動活塞的相對角速度很小，一般僅為偏心輪軸旋轉(zhuǎn)角速度的10%左右，而葉片鉸接滾動轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)的滾動活塞的相對角速度比傳統(tǒng)滾動轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)大出12倍以上。還有當(dāng)傳動軸的轉(zhuǎn)速較高時(shí)，隔離葉片和滾動活塞的擺角、角速度和角加速度的最大、最小值所對應(yīng)的傳動軸的轉(zhuǎn)角也是不變的。但是，當(dāng)傳動軸的角速度為5500r/min和8500r/min時(shí)滾動活塞和鉸接葉片的角速度和角加速度的曲線較陡，由此可見滾動活塞和鉸接葉片的角速度和角加速度的變化激烈，這種變化對壓縮機(jī)的機(jī)械性能、使用壽命和可靠性影響很大。因此，本文通過利用有限元分析軟件ANSYS對葉片鉸接滾動轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)的主要運(yùn)動零部件進(jìn)行應(yīng)力分析和強(qiáng)度校核，結(jié)合以前的運(yùn)動分析和耐久性試驗(yàn)，分析找出主要零部件潛在的可靠性問題及其原因，尋找應(yīng)對策略和解決辦法，以提高壓縮機(jī)的效率、機(jī)械性能、可靠性和經(jīng)濟(jì)性。
葉片鉸接滾動轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)的主要運(yùn)動部件是隔離葉片和鉸接支座。經(jīng)計(jì)算它們的慣性力和摩擦力相對氣體壓力很小，所以不考慮零件本身的慣性力和摩擦力的影響，只分析在靜態(tài)氣壓作用下的應(yīng)力分布和強(qiáng)度校核。下面利用ANSYS對葉片鉸接滾動轉(zhuǎn)子壓縮機(jī)的隔離葉片和鉸鏈支座進(jìn)行靜態(tài)強(qiáng)度分析。前處理：通過SOLIDWORKS創(chuàng)建隔離葉片的幾何實(shí)體，將模型存為DES文件格式，把該模型通過ANSYS內(nèi)置的IDES轉(zhuǎn)換過濾器輸入到ANSYS中。隔離葉片的幾何實(shí)體如圖所示。隔離葉片的材料為楊氏模量E=206Xe11Pa及泊松比0.3。從ANSYS單元庫中選2-D的PLANE42單元和3-D的SOLID45單元。接著進(jìn)行網(wǎng)格劃分：先指示ANSYS程序?qū)Ω綦x葉片的末端截面自動劃分單元網(wǎng)格，再對可能產(chǎn)生應(yīng)力集中的部位進(jìn)行細(xì)化，劃分單元類型選擇為PLANE42；再利用ANSYS程序的體掃掠(Extrude)功能掃掠貫穿整個(gè)隔離葉片使其生成單元，單元類型為SOLID45，為四邊形網(wǎng)格、六面體單元。劃分結(jié)果為：節(jié)點(diǎn)數(shù)10832個(gè)，單元數(shù)9776個(gè)，隔離葉片的網(wǎng)格劃分模型如圖所示。加載和求解：ANSYS程序中使用的載荷包括邊界條件喲束、支承等)和其外部、內(nèi)部載荷。
考慮隔離葉片只受氣體力的作用，因此在葉片的上表面施加排氣壓力為1.5MPa下表面施加吸氣壓力為0.2MPa隔離葉片的兩鉸接端的圓弧面施加對稱邊界條件Z向約束。結(jié)構(gòu)分析中，對稱邊界條件指平面外移動和平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)設(shè)置，隔離葉片與前后缸蓋接觸的兩個(gè)端面加垂直于端面方向位移的約束。隔離葉片加載后模型見圖。完成對隔離葉片的建模和加載后，便可進(jìn)入ANSYS求解器開始求解。求解器運(yùn)行結(jié)束后，在POST1后處理程序中查看結(jié)果。隔離葉片的變形如圖所示，等效應(yīng)力分布如圖所示。隔離葉片的材料為Cr12的力學(xué)性能：名義屈服極限60-198MPa、抗拉強(qiáng)度極限365MPa。通過應(yīng)力分析可以看出：最大的應(yīng)力在隔離葉片上表面施加的載荷為1.5MPa與隔離葉片后端的圓柱狀頭部與缸體鉸接之間的倒圓角處，其值為41.183MPa可見隔離葉片靜態(tài)只受氣壓作用時(shí)應(yīng)力最大處的安全系數(shù)是4.5，這證明了隔離葉片在只受靜態(tài)氣體壓力作用的條件下是較安全的。由此可見，隔離葉片的損壞不是由于靜態(tài)氣體壓力的緣故，但是隔離葉片的圓柱狀頭部與缸體鉸接的倒圓角處是應(yīng)力敏感區(qū)。
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