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低温制冷机用双磁钢动磁式线性压缩机样机设计与初步实验

作　者: 何海琴
导　师: 邱利民; 甘智华
学　校: 浙江大学
专　业: 制冷及低温工程
关键词: 动磁式线性压缩机直线电机板弹簧有限元分析 RC负载
分类号: TB651
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

低温制冷机高可靠性、低振动和长寿命等优点使其能够在航空航天及军事、电子器件以及医疗等诸多领域广泛应用,而保证其中应用的线性压缩机工作的高可靠性、低振动与噪声和高效运行是制冷机发展中的关键问题。本文通过理论分析和关键部件有限元分析,设计制造出一台双磁钢动磁式线性压缩机,并开展初步试验研究,主要的研究内容包括：1.线性压缩机复向量法动力学及电路模型分析和涡旋臂板弹簧设计流程为解决压缩机电-机械-流体复合系统理论分析比较复杂的问题,首先采用复向量分析法分析压缩机运动部件受力情况,由此对压缩机进行动力学分析,得到运动部件质量的表达式；进而进行压缩机功率转换分析,得到压缩机输出PV功、输入电功率和阻尼耗散的表达式,从而得到压缩机效率。其次对线性压缩机进行电路模型分析,将电路系统和低温制冷机冷头等效的声阻抗系统等效到机械系统,使三者耦合到同一个电路模型中得到清晰的表达,通过相对成熟的电路网络理论得到效率的阻抗表达式,进而得到电路部分电感和等效电容不影响效率的结论,同时得出在线圈组件允许的电流范围内系统最大输出声功表达式。最后对涡旋臂板弹簧设计进行了理论分析,总结出其详细的设计流程,为涡旋臂板弹簧设计提供参考。2.双磁钢动磁式线性压缩机核心部件的数值模拟研究双磁钢动磁式直线电机除了具备动磁式直线电机的一般优点外,其单边两种磁场在磁轭内产生的磁滞损失几乎完全抵消,提高了电机效率。为了与线性压缩机理论设计相耦合,完善线性压缩机设计。,采用数值模拟的方法对压缩机的核心部件直线电机进行了初步分析和设计,对板弹簧进行优化设计。初步确定直线电机的结构参数,模拟预测其关键性能参数。采用有限元分析方法对直线电机多个结构参数优化分析,得到所设计直线电机的结构参数。采用有限元方法对板弹簧优化设计,通过静态结构分析和模态分析,得到活塞最大行程处板弹簧中最大应力,板弹簧轴向和径向刚度,以及板弹簧一阶固有频率频率,最后根据数值模拟结果预测压缩机谐振频率。3.线性压缩机RC负载初步实验研究对于压缩机设计,可以通过RC负载实验为压缩机实际运行中与冷头匹配问题提供参考。对所设计双磁钢动磁式线性压缩机进行RC负载实验,得到其多种工况下运行特性图。此RC负载实验结果可为其与冷头的匹配或者压缩机进一步改进提供参考。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-7
主要符号表  7-9
目录  9-11
第一章绪论  11-23
  1.1 研究背景和意义  11-12
  1.2 线性压缩机技术介绍  12-15
    1.2.1 线性压缩机的工作原理  12-13
    1.2.2 线性压缩机的分类及特点  13-15
  1.3 动磁式线性压缩机研究现状  15-19
    1.3.1 国外研究现状  15-17
    1.3.2 国内研究现状  17-19
  1.4 低温制冷机用动磁式线性压缩机关键技术  19-21
    1.4.1 板弹簧技术  19-20
    1.4.2 动磁式直线电机技术  20-21
  1.5 本文主要工作  21-23
第二章动磁式线性压缩机动力学与电路模型分析  23-38
  2.1 动磁式线性压缩机动力学分析  23-28
    2.1.1 复向量分析  23-26
    2.1.2 动力学方程分析  26-27
    2.1.3 压缩机功率转换分析  27-28
  2.2 动磁式线性压缩机电路模型分析  28-33
    2.2.1 物理模型  29-30
    2.2.2 等效电路分析  30-33
  2.3 涡旋臂板弹簧理论分析  33-37
  2.4 本章小结  37-38
第三章双磁钢动磁式直线电机数值模拟研究  38-53
  3.1 数值模拟方法简介  38
  3.2 双磁钢动磁式直线电机数值模拟研究  38-52
    3.2.1 电磁场基本理论  38-40
    3.2.2 直线电机ANSYS有限元分析  40-44
    3.2.3 电机结构设计  44-52
  3.3 本章小结  52-53
第四章双磁钢动磁式线性压缩机实验研究  53-74
  4.1 RC负载法简介  53-55
  4.2 对置式线性压缩机模型分析  55-57
  4.3 实验研究及实验计算结果对比  57-66
    4.3.1 RC负载实验台搭建  57
    4.3.2 LEYBOLD压缩机实验结果及与计算结果对比  57-62
    4.3.3 样机实验结果及与计算结果对比  62-66
  4.4 板弹簧优化研究  66-73
    4.4.1 材料力学有限元理论  67-68
    4.4.2 板弹簧模拟分析  68-73
  4.5 本章小结  73-74
第五章总结与展望  74-77
  5.1 全文总结  74-75
  5.2 展望  75-77
参考文献  77-80
攻读硕士学位期间取得的主要成果  80-81
致谢  81

低温制冷机用双磁钢动磁式线性压缩机样机设计与初步实验

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