雙螺杆壓縮機螺杆轉子新齒形的製作方法
2023-12-02 10:07:31
專利名稱：雙螺杆壓縮機螺杆轉子新齒形的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於雙螺杆壓縮機螺杆轉子齒形設計和製造領域。
雙螺杆壓縮機自本世紀四十年代面世以來，發展很快，應用遍及許多領域。螺杆轉子齒形的更新和發展。是推動雙螺杆壓縮機發展的主要動力。在各國的專利文獻中，螺杆轉子齒形層出不窮，目的都是為了提高效率，改善性能。螺杆轉子齒形的設計，通常應當考慮如下這些因素(1)齒面接觸線長度儘可能短，以減少橫向洩漏損失；(2)漏氣三角形面積盡可小，以減少縱向洩漏損失；(3)面積利用係數儘可能大，以提高排氣量；(4)齒形曲線過渡圓滑，無尖點或銳邊，以減少氣流擾動損失，同時改善工藝性；(5)陰轉子上的負力矩儘可能小，以改善動力性能，提高絕熱效率；(6)齒面側隙的分布，不應當違背齒面共軛嚙合的基本原則，以改善傳動性能。
以上這些因素，往往是互相矛盾的，不可能同時全部滿足，只能以某一方面為主，統籌兼顧其它。這正是迄今出現眾多專利齒形的主要原因。一般，為了縮短齒面接觸線的長度，多採用圓弧齒形。而為了減小漏氣三角形面積，則以點生擺線見長。然而，點擺線齒形必然要增加接觸線長度，而且作為其共軛齒形的「點」，實際上就是尖角，也是不足取的。另一方面，漏氣三角形面積越小，陰轉子上的負力矩就越大，對提高效率未必有利。綜合考慮這些互相制約的因素，應當說，雙邊不對稱齒形是比較有利的螺杆轉子齒形。「雙邊」，即指齒形跨越節圓兩側，既有利於齒形曲線的圓滑過渡，消除尖點或銳邊，也有利於提高面積利用係數。「不對稱」，即指主動側齒形與被動側齒形互不對稱，有利於兼顧接觸線長度和漏氣三角形面積的大小，也有利於在控制壓氣側的漏氣三角形面積儘量小的前提下，使陰轉子上的負力矩不致太大。然而，雙邊齒形的一個根本弱點是漏氣三角形面積比較大，洩漏損失大。此外，同一般齒輪傳動一樣，為了補償製造誤差、熱變形、受力變形和齒面間潤滑的需要，雙螺杆壓縮機中二轉子齒面間的嚙合側隙是不可缺少的，如果嚙合側隙取之不當，那麼螺杆轉子的實際齒形將與理論齒形完全不同，齒面的共軛嚙合將被破壞，從而引發噪聲和振動加劇。現有的螺杆轉子齒形專利，從不涉及齒面嚙合側隙問題，實際上均屬「零側隙」的理論齒形，因而留下了一個生產實踐中共軛嚙合不確定的問題。而現有生產技術中通常採用的「端面齒形法向等間隙」、「螺旋齒面法向等間隙」或者用改變加工或裝置中心距的方法獲得的嚙合側隙分布，是不可能保持齒面共軛嚙合的。在這種情況下，產品出廠前試車中噪聲往往超標，常常必須經過繁重的人工修形才能達標，既增加勞動成本，又影響產品質量。
本實用新型的目的是發明一種雙螺杆壓縮機螺杆轉子新齒形，這種新齒形以圓弧和點生擺線的等距曲線為基本組成單元的雙邊不對稱齒形(見附
圖1)，陽轉子和陰轉子的端面齒形均由若干段這樣的基本單元曲線光滑連接而成。這樣可以減小接觸線長度，同時有利於齒面的漸進嚙合，克服現有技術的缺陷和不足；被動側齒形，採用點生擺線的等距曲線作齒形，既可以儘量減小壓氣側的漏氣三角形面積，又可以使其共軛齒形由「點」變為「圓弧」，徹底消除尖角，使氣流攏動損失小。傳動平穩降低振動和噪聲，螺杆轉子新齒形對齒形參數進行優選，即取被動側齒形參數以漏氣三角形面積最小為主要目標進行優選，由於漏氣面積小，洩漏損失減小。這樣，從根上消除了由於側隙分布不合理而破壞了齒面的共軛嚙合，因而噪聲和振動加劇的弊病。採用新齒形的側隙分布之後，不必經過人工修形。噪聲、振動減小，齒面的嚙合側隙改善了傳動性能。
本實用新型採用的技術方案是雙螺壓縮機螺杆轉子新齒形是以圓弧和點生擺線的等距曲線為基本組成單元的雙邊不對稱齒形，陽轉子[I]和陰轉子[II]的端面齒形均由若干段這樣的基本單元曲線光滑連接而成。通常，由陽轉子驅動陰轉子，轉向如附
圖1中箭頭所示。因而對於圖示相嚙合的一對齒，以中心線O1O2為分界線，上半部為主動側，下半部為被動側。陽轉子的主動側齒形基本上為圓心位於陽轉子節圓內側的圓弧[7]，相應的陰轉子共軛齒形為點生擺線的等距曲線[7′]；陽轉子的被動側齒形大部分為點生擺線的等距曲線[4]，小部分為圓弧[3]和[5]；陰轉子的被動側齒形大部分為點生擺線的等距曲線[5′]，小部分為圓弧[4′]和點生擺線的等距曲線[3′]。主動側齒形和被動側齒形之間以及它們與齒頂圓、齒根圓之間均以圓弧連接。其被動側齒形參數以漏氣三角形面積最小為主要目標進行優選，而且該齒形含有齒面嚙合側隙。齒形具有如下特徵陽轉子上圓弧[3]的圓心至陽轉子軸心O1的距離小於陽轉子節圓半徑Rji，大於Rrj的97％，其半徑小於公稱直徑的15％；陰轉子上圓弧[4′]的圓心至陰轉子軸心O2的距離小於陰轉子節圓半徑Rj2，大於Rj2的97％，其半徑小於公稱直徑的3％；陽轉子上圓弧[5]的圓心位於陽轉子節圓外側，靠近齒頂圓，其半徑小於公稱直徑的2％，陰轉子被動側齒形上點生擺線的等距曲線[3′]和點生擺線的等距曲線[5′]，分別是陽轉子被動側齒形上圓弧[3]和圓弧[5]的共軛包絡線，陽轉子被動側齒形上點生擺線的等距曲線[4]系陰轉子被動側齒形上圓弧[4′]的共軛包括線。
本實用新型的有益效果是由於螺杆轉子齒形上沒有尖點和銳邊，氣流擾動損失小，工藝性好，刀具耐用度高；面積利用係數大；漏氣三角形面積比較小；具有獨特的嚙合側隙分布，完全滿足齒面共軛嚙合的基本要求，噪聲較低。傳動平穩，性能好。
附
圖1是雙螺杆壓縮機一對螺杆轉子嚙合示意圖。
其中[I]是陽轉子，[II]是陰轉子。在陽轉子[I]中，第1、9段——齒根圓[1]、[9]；第2、8段——圓心位於節圓上的圓弧[2]、[8]；第3段——圓弧[3]，其圓心位於節圓內側且很靠近節圓；第4段——陰轉子上圓弧[4′]的共軛包絡線[4]；第5段——圓弧[5]，其圓心位於節圓外側且接於齒頂圓；第6段——圓心位於節圓上的圓弧[6]；第7段——圓心位於節圓內側的圓弧[7]。在陽轉子[II]中，第1、9段——齒根圓[1′]、[9′]；第2、8段——圓心位於節圓上的圓弧[2′]、[8′]；第3段——陽轉子上圓[3]的共軛包括線[3′]；第4段——圓弧[4′]，其圓心位於節圓內側且很靠近節圓；第5段——陽轉子上圓弧[5]的共軛包絡線[5′]；第6段——圓心位於節圓上的圓弧[6′]；第7段——陽轉子上圓弧[7]的共軛包括線[7′]。
本實用新型提出的陰、陽轉子新齒形的一個實施案例如附
圖1所示，陰、陽轉子齒形各由九段曲線光滑連接而成。這些曲線均為圓弧或圓弧的共軛包括線，沒有任何尖點或銳邊出現，陰、陽轉子齒形為雙邊不對稱齒形。這種齒形的陰、陽螺杆轉子齒面間具有獨特的既能滿足螺杆轉子實際運轉必不可少的側隙需要，又不破壞齒面共軛齧基本準則的嚙合側隙，「沿端面齒形法向」和「沿螺旋齒面法向」均非等距分布。按照這種新齒形所製造的一個陰轉子或一個陽轉子或一對螺杆轉子，可由它們構成互相嚙合的一對螺杆轉子或者裝配成為一臺雙螺村壓縮機。本實用新型所提出的新齒形，應用於公稱直徑為200mm，長徑比為1.5的螺杆人製冷壓縮機上，在標準工況(-15℃/30℃)下測試，製冷量達到580.36KW，單位軸功率製冷量達到3582w/kw。
權利要求1.一種雙螺杆壓縮機螺杆轉子新齒形，是以圓弧和點生擺線的等距曲線為基本組成單元的雙邊不對稱齒形，陽轉子[I]和陰轉子[II]的端面齒形均由若干段這樣的基本單元曲線光滑連接而成，其特徵是陽轉子的主動側齒形基本上為圓心位於陽轉子節圓內側的圓弧[7]，相應的陰轉子共軛齒形為點生擺線的等距曲線[7′]；陽轉子的被動側齒形大部分為點生擺線的等距曲線[4]，小部分為圓弧[3]和[5]；陰轉子的被動側齒形大部分為點生擺線的等距曲線[5′]，小部分為圓弧[4′]和點生擺線的等距曲線[3′]；主動側齒形和被動側齒形之間以及它們與齒頂圓、齒根圓之間均以圓弧連接，其被動側齒形參數以漏氣三角形面積最小為主要目標進行優選，而且該齒形含有齒面嚙合側隙，齒形具有如下特徵陽轉子上圓弧[3]的圓心至陽轉子軸心O1的距離小於陽轉子節圓半徑Rj1，大於Rj1的97％，其半徑小於公稱直徑的15％；陰轉子上圓弧[4′]的圓心至陰轉子軸心O2的距離小於陰轉子節圓半徑Rj2，大於Rj2的97％，其半徑小於公稱直徑的3％，陽轉子上圓弧[5]的圓心位於陽轉子節圓外側，靠近齒頂圓，其半徑小於公稱直徑的2％，陰轉子被動側齒形上點生擺線的等距曲線[3′]和點生擺線的等距曲線[5′]，分別是陽轉子被動側齒形上圓弧[3]和圓弧[5]的共軛包絡線，陽轉子被動側齒形上點生擺線的等距曲線[4]，系陰轉子被動側齒形上圓弧[4′]的共軛包絡線。
專利摘要本實用新型屬於雙螺杆壓縮機螺杆轉子齒形。螺杆轉子新齒形以圓弧和點生擺線的等距曲線為基本組成單元的雙邊不對稱齒形,被動側齒形參數以漏氣三角形面積最小為主要目標進行優選,而且該齒形含有齒面嚙合側隙。由於螺杆轉子齒形上沒有尖點和銳邊,氣流擾動損失小,工藝性好,刀具耐用度高;面積利用係數大;漏氣三角形面積比較小;具有獨特的嚙合側隙分布,完全滿足齒面共軛嚙合的基本要求,噪聲較低。
文檔編號F04C18/16GK2397284SQ9921803
公開日2000年9月20日 申請日期1999年7月16日 優先權日1999年7月16日
發明者劉健, 王志強, 肖大準, 劉殿銘 申請人:大連理工大學, 大連冷凍機股份有限公司