随着能源危机的出现，人们越来越关心低品位能源的使用及能源利用率问题，越来越重视回收废气中的能量，涡旋式膨胀机是低品位能源利用及余热回收的有效机械，但涡旋式膨胀机内部泄漏产生的内部功率损耗较大，使其效率较低。本文针对降低膨胀机效率的内部泄漏问题进行分析研究，以减小泄漏间隙为出发点，对涡旋式膨胀机工作过程原理、产生轴向间隙的原因及优化措施进行分析计算、设计建模及仿真研究。　　本文研究分析了涡旋式膨胀机的基本工作原理，计算得到传统固定基圆渐开线涡旋型线方程、各膨胀腔容积方程，并使用MATLAB软件对其变化过程进行仿真，更直观地体现出各膨胀腔的容积变化规律。运用FLUENT软件，模拟分析了涡旋式膨胀机工作过程中不同工作阶段时，各膨胀腔内气体压力的变化状态。　　在此基础上，对涡旋式膨胀机内部泄漏问题进行研究，得出动涡盘旋转一周内，所受轴向气体力随主轴转角变化而变化，当吸气结束时，轴向气体力最大。对泄漏量分析计算，得到泄漏量与泄漏间隙的数学模型。运用ANSYS软件对温度场、气体力引起的静涡盘变形进行分析，得到温度场使涡旋盘产生的变形远大于气体力产生的变形，且主要为轴向变形，该变形导致轴向间隙及径向泄漏量增加。　　根据涡旋式膨胀机工作特点，提出静涡盘轴向浮动技术，用于轴向间隙补偿，经设计分析，得出轴向浮动机构，完成各零部件及装配体的优化建模。分别对浮动机构应用前后静涡盘变形进行分析对比，得出该机构应用后总变形量、轴向变形量均有所减小。　　将变半径基圆渐开线应用于涡旋式膨胀机涡盘，对型线方程、膨胀腔容积、气体力及各载荷引起的变形进行分析，得出相同载荷条件下，变半径基圆渐开线涡旋盘比固定基圆渐开线涡旋盘的变形量更小。　　上述分析证明所设计浮动机构及变半径圆渐开线型线的应用，可有效缓解变形量及其所产生的轴向间隙，减小泄漏量，提高膨胀机效率，该设计应用是可行的。