CN101545488B

CN101545488B - 一种螺杆压缩机端面齿形的创建方法

Info

Publication number: CN101545488B
Application number: CN2008100352927A
Authority: CN
Inventors: 万晓青
Original assignee: 万晓青
Current assignee: Hangzhou Long Yi Machinery Limited by Share Ltd
Priority date: 2008-03-28
Filing date: 2008-03-28
Publication date: 2011-06-15
Anticipated expiration: 2028-03-28
Also published as: CN101545488A

Abstract

螺杆压缩机由一对具有特殊端面齿形的螺旋形转子，互相啮合作回转运动来压缩输送气体，转子端面齿形由各种形式的型线构成。本发明的技术特征是：阴阳转子端面齿形由圆弧、椭圆性质的型线以及它们的包络线分六段组成，相邻两段型线在连接点处光滑过渡，转子接触线短，泄漏三角形小，过流面积大，呈流线型，气动阻力小。特别是，在阴转子近齿顶处采用椭圆加圆弧的形线设计方案，减小了泄漏三角形，进一步改善了压缩机的密封性能，同时也简化了齿形的设计计算。

Description

一种螺杆压缩机端面齿形的创建方法

技术领域

本发明涉及螺杆压缩机的关键技术：压缩机齿形的设计。螺杆压缩机广泛应用于空气压缩、制冷、空调、工艺气体压缩等领域，在中低压工况下占有绝大部分市场分额。

背景技术

螺杆压缩机端面齿形的好坏，将直接影响到螺杆压缩机的性能，例如密封性、效率、面积利用系数等。目前市场上流行的齿形有GHH齿形、日立齿形、SRM齿形等，它们都有自己的长处。

发明内容

本发明涉及在一压缩机转子腔内共轭啮合运转的一对螺杆转子的端面齿形。

本发明的任务是在吸取国内外现有螺杆压缩机齿形优点的基础上，研制出一种新型螺杆压缩机转子齿形，使转子除了具有接触线短、过流面积大、转子型线呈流线型、减小气动阻力优点外，更重要的是，本发明提供了一种方案，用来减小泄漏三角形，从而提高了螺杆压缩机的密封性能，另外也简化了齿形的设计计算。

本发明分别采用六段形线组成阴、阳转子端面齿形。以阴、阳转子中心距A的不同尺寸来构成螺杆压缩机的阴、阳转子的齿形系列，各段形线之间在连接点处具有公切线，是光滑过渡的。阴转子(F)和阳转子(M)的形线组成见“4附图说明”。

齿形可为单边不对称和双边不对称型。当齿形是单边不对称时，阴转子(F)齿顶圆的半径R₂等于阴转子节圆(F_j)的半径R_2j。当齿形是双边不对称时，阴转子(F)齿顶圆的半径R₂满足：R₂-R_2j＝0～0.04(A)。

附图说明

图1是螺杆压缩机阴阳转子双边不对称齿形。

图2是图1中四分之一椭圆弧段d₂g₂、圆弧段g₂e₂附近结构的放大图。

根据图1、图2所示的螺杆压缩机转子齿形，阴转子(F)的型线由a₂b₂、b₂c₂、c₂d₂、d₂g₂、g₂e₂、e₂f₂六段组成，阳转子(M)的型线由a₁b₁、b₁c₁、c₁d₁、d₁g₁、g₁e₁、e₁f₁六段组成。

本发明分别采用六段形线组成阴、阳转子端面齿形。以阴、阳转子中心距A的不同尺寸来构成螺杆压缩机的阴、阳转子的齿形系列，各段形线之间在连接点处具有公切线，是光滑过渡的。阴转子(F)和阳转子(M)的形线组成如下。

阴转子(F)的形线组成(见图1)：

a₂b₂段：由在阴转子(F)上，中心在节圆Fj内的o₅点上，长半轴为o₅a₂，短半轴为o₅b₂的四分之一椭圆形成。

b₂c₂段：由在阴转子(F)上，中心在两节圆F_j、M_j的交点p上，半径为(R₁-R_1j)的圆弧形成。

c₂d₂段：由在阳转子(M)上，中心在o₁o₂连线上o₄点，以c₁o₄线段为半径的圆弧c₁d₁的圆弧包络线形成。

d₂g₂段：由在阴转子(F)上，中心为o₃点，以线段o₃d₂为短轴，以线段o₃g₂为长轴的四分之一椭圆弧段形成(见图2)。

g₂e₂段：由在阴转子(F)上，圆心为o₃点，半径为o₃g₂线段长的圆弧形成(见图2)。

e₂f₂段：由在阴转子(F)上，圆心为o₂点，半径为R₂的齿顶圆弧形成。

阳转子(M)的形线组成(见图1)：

a₁b₁段：由阴转子(F)上，四分之一椭圆a₂b₂的椭圆包络线形成。

b₁c₁段：由阳转子(M)上，圆心在p点，半径为(R₁-R_1j)的圆弧形成。

c₁d₁段：由阳转子(M)上，中心在o₁o₂连线上o₄点，以c₁o₄线段为半径的圆弧形成。

d₁g₁段：由在阴转子(F)上的四分之一椭圆弧段d₂g₂的椭圆包络线形成。

g₁e₁段：由在阴转子(F)上的圆弧g₂e₂的圆弧包络线形成。

e₁f₁段：由阳转子(M)上，圆心在o₁点，半径为(A-R₂)的圆弧形成。

阴转子(F)的c₂d₂段与d₂g₂段的连接点d₂点处，两曲线有公切线。d₂点在阴转子节圆(F_j)内，距节圆(F_j)的距离为0.005～0.03(R_2j)。d₂g₂段的中心o₃点在节圆(F_j)内，o₃点距节圆(F_j)的距离为0.0R_2j～0.02R_2j。

阳转子(M)的c₁d₁段与d₁g₁段的连接点d₁点上，两曲线有公切线。圆弧c₁d₁ 段的半径c₁o₄线段的长度为0.01R₁～0.06R₁。

阴转子(F)与阳转子(M)上的销齿圆弧b₂c₂段与b₁c₁段的半径(R₁-R_1j)满足如下条件：(R₁-R_1j)/R₂＝0.45～0.55。

另外，阴阳转子的a₂、b₂、c₂、g₂、e₂、a₁、b₁、c₁、g₁、e₁点处，相邻曲线有公切线。

阴阳转子端面齿形的中心距为A。阳转子齿数为z₁，阴转子齿数为z₂，选择z₁、z₂所依据的原则是：对用于低压工况的压缩机，z₁/z₂可取3/4等；对用于中高压工况的压缩机，z₁/z₂可取4/5、4/6、5/6、5/7、6/8等。然后，可确定阳转子节圆M_j的半径R_1j和阴转子节圆F_j的半径R_2j，所依据的原则是：A＝R_1j+R_2j，R_1j/R_2j＝z₁/z₂。然后，可确定阴转子齿顶圆半径R₂，依据的原则是：(R₂-R_2j)/R₂＝0～0.03。然后，可确定阳转子齿顶圆半径R₁，依据的原则是：(R₁-R_1j)/R₂＝0.45～0.55。

本发明的螺杆压缩机转子端面齿形上的四分之一椭圆弧d₂g₂段与圆弧段g₂e₂段的组合方案，不同于单一圆弧段的设计方案，本发明的设计方案可以使d₂点充分接近阴转子节圆F_j，而不用担心o₃点会跑到阴转子节圆F_j之外，这样就可以最大限度地减小泄漏三角形，从而提高了压缩机的密封性能，提高了压缩机的内效率。另外，本发明的设计方案相对于单一圆弧段的设计方案来说，简化了设计计算。

具体实施方式

下面就附图对转子端面齿形的构建作详细说明。

图1是螺杆压缩机阴阳转子双边不对称齿形。

首先，确定阴阳转子端面齿形的中心距A。然后，确定阴阳转子的齿数，阳转子齿数为z₁，阴转子齿数为z₂，所依据的原则是：对用于低压工况的压缩机，z₁/z₂可取3/4等；对用于中高压工况的压缩机，z₁/z₂可取4/5、4/6、5/6、5/7、6/8等。然后，确定阳转子节圆M_j的半径R_1j和阴转子节圆F_j的半径R_2j，所依据的原则是：A＝R_1j+R_2j，R_1j/R_2j＝z₁/z₂。然后，确定阴转子齿顶圆半径R₂，依据的原则是：(R₂-R_2j)/R₂＝0～0.03。然后，确定阳转子齿顶圆半径R₁，依据的原则是：(R₁-R_1j)/R₂＝0.45～0.55。

在阳阴转子中心连线o₁o₂上，在阳齿顶圆与线段o₁o₂的交点c₁与阳转子中心o₁之间，靠近c₁点附近取o₄点，使c₁o₄线段的长度为0.01R₁～0.06R₁。然后，以o₄点为圆心，以c₁o₄线段为半径，作圆弧c₁d₁，d₁点的位置如何确定在后面说明。

将阳转子节圆M_j在阴转子节圆F_j上作纯滚动，阳转子节圆M_j的自转角速度与公转角速度之比为z₂/z₁，固结在阳转子上的圆弧c₁d₁的轨迹就能形成一条圆弧包络线c₂d₂(见图1)，其中，c₂点与c₁点啮合，d₂点与d₁点啮合。d₂点是圆弧包络线c₂d₂与圆心在o₂点半径为线段o₂d₂长的圆弧的交点，线段o₂d₂的长度选择为0.97R_2j～0.995R_2j。d₂点位置确定后，d₁点的位置也就确定了。

在d₂点作包络线c₂d₂的法线d₂o₃，在法线d₂o₃上选择一点o₃，使得o₃点距离阴转子节圆F_j的距离为0.0R_2j～0.02R_2j，o₃点必须落在阴转子节圆F_j内或上。然后，联结o₂点和o₃点并延伸，交阴转子齿顶圆于e₂点。然后，以o₃点为圆心，以线段o₃e₂长为半径作圆弧e₂g₂，再过o₃点作法线d₂o₃的垂线o₃g₂，交圆弧e₂g₂于g₂点(见图2)。然后，以线段o₃d₂为短轴，以线段o₃g₂为长轴，作四分之一椭圆弧段d₂g₂。这样，阴转子齿形上的椭圆弧段d₂g₂和圆弧g₂e₂段就作出了。

在阴转子齿顶圆上选择一段圆弧e₂f₂(见图1)，圆弧e₂f₂的弧长选为0.8～2.0 毫米。圆弧e₂f₂向圆心o₂点所张的圆心角为Φ₂(见图1)。另外，半径o₂o₃e₂ 与直线o₂o₁的夹角为Φo₃(见图1)。

过o₂点作半径o₂o₅a₂(a₂点在阴转子齿顶圆上)，使半径o₂o₅a₂与直线o₂o₁ 的夹角Φo₅(见图1)为：Φo₅＝2∏/z₂-Φo₃-Φ₂，过阴转子节圆F_j与阳转子节圆M_j的交点p，作半径o₂o₅a₂的垂线po₅，o₅点是垂足。以节点p为圆心，以线段pc₁长为半径，作圆弧b₂c₂(圆弧b₁c₁与圆弧b₂c₂重合)，它与垂线po₅ 交于b₂点(b₁点与b₂点重合，c₁点与c₂点重合)。

以o₅点为中心，以o₅b₂线段为短轴，以o₅a₂线段为长轴，作四分之一椭圆弧a₂b₂(见图1)。

到目前为止，我们完成了阴转子端面齿形中一个单元齿形的构建工作，一个单元齿形包括以下六段齿形：a₂b₂、b₂c₂、c₂d₂、d₂g₂、g₂e₂、e₂f₂。整个阴转子端面齿形由z₂个单元齿形，沿圆周方向周期性排列组成。

现在着手完成阳转子端面齿形的构建工作。

圆弧c₁d₁的构建工作，前面已经完成。

将阴转子节圆F_j在阳转子节圆M_j上作纯滚动，阴转子节圆F_j的自转角速度与公转角速度之比为z₁/z₂，固结在阴转子上的四分之一椭圆弧d₂g₂的运动轨迹可以形成一条椭圆包络线d₁g₁(见图1)。其中，d₁点与d₂点啮合，g₁点与g₂点啮合。还有，固结在阴转子上的圆弧g₂e₂的运动轨迹可以形成一条圆弧包络线g₁e₁(见图1)，e₁点与e₂点啮合。还有，固结在阴转子上的圆弧e₂f₂的运动轨迹可以形成一条圆弧包络线e₁f₁(见图1)。圆弧包络线e₁f₁是以o₁点为圆心的圆弧。啮合关系为：e₁点与e₂点啮合，f₁点与f₂点啮合。还有，固结在阴转子上的椭圆a₂b₂的运动轨迹可以形成一条椭圆包络线a₁b₁(见图1)。啮合关系为：a₁ 点与a₂点啮合，b₁点与b₂点啮合。

另外，销齿圆弧b₁c₁的构建工作，前面已经完成。

到目前为止，我们又完成了阳转子端面齿形中一个单元齿形的构建工作，一个单元齿形包括以下六段齿形：a₁b₁、b₁c₁、c₁d₁、d₁g₁、g₁e₁、e₁f₁。整个阳转子端面齿形由z₁个单元齿形，沿圆周方向周期性排列组成。

这样，阴阳转子端面齿形就被完全构建出来了。

Claims

1.一种螺杆压缩机端面齿形的创建方法，其特征如下：

首先，确定阴阳转子端面齿形的中心距A；然后，确定阴阳转子的齿数，阳转子齿数为z₁，阴转子齿数为z₂，所依据的原则是：对用于低压工况的压缩机，z₁/z₂可取3/4；对用于中高压工况的压缩机，z₁/z₂可取4/5、4/6、5/6、5/7、6/8；然后，确定阳转子节圆M_j的半径R_1j和阴转子节圆F_j的半径R_2j，所依据的原则是：A＝R_1j+R_2j，R_1j/R_2j＝z₁/z₂；然后，确定阴转子齿顶圆半径R₂，依据的原则是：(R₂-R_2j)/R₂＝0～0.03；然后，确定阳转子齿顶圆半径R₁，依据的原则是：(R₁-R_1j)/R₂＝0.45～0.55；

在阳阴转子中心连线o₁o₂上，在阳齿顶圆与线段o₁o₂的交点c₁与阳转子中心o₁之间，靠近c₁点附近取o₄点，使c₁o₄线段的长度为0.01R₁～0.06R₁；然后，以o₄点为圆心，以c₁o₄线段为半径，作圆弧c₁d₁，d₁点的位置按下文方法确定；

将阳转子节圆M_j在阴转子节圆F_j上作纯滚动，阳转子节圆M_j的自转角速度与公转角速度之比为z₂/z₁，固结在阳转子上的圆弧c₁d₁的轨迹就能形成一条圆弧包络线c₂d₂，其中，c₂点与c₁点啮合，d₂点与d₁点啮合；d₂点是圆弧包络线c₂d₂与圆心在o₂点半径为线段o₂d₂长的圆弧的交点，线段o₂d₂的长度选择为0.97R_2j～0.995R_2j；d₂点位置确定后，d₁点的位置也就确定了；

在d₂点作包络线c₂d₂的法线d₂o₃，d₂o₃方向是使其上点离节园越来越近，在法线d₂o₃上选择一点o₃，使得o₃点距离阴转子节圆F_j的距离为0.0R_2j～0.02R_2j，o₃点必须落在阴转子节圆F_j内或上；然后，联结o₂点和o₃点并延伸，交阴转子齿顶圆于e₂点；然后，以o₃点为圆心，以线段o₃e₂长为半径作圆弧e₂g₂，再过o₃点作法线d₂o₃的垂线o₃g₂，交圆弧e₂g₂于g₂点；然后，以线段o₃d₂为短轴，以线段o₃g₂为长轴，作四分之一椭圆弧段d₂g₂；这样，阴转子齿形上的椭圆弧段d₂g₂和圆弧g₂e₂段就作出了；

在阴转子齿顶圆上选择一段圆弧e₂f₂，圆弧e₂f₂的弧长选为0.8～2.0毫米；圆弧e₂f₂向圆心o₂点所张的圆心角为Φ₂；另外，半径o₂o₃e₂与直线o₂o₁的夹角为Φo₃；

过o₂点作半径o₂o₅a₂，a₂点在阴转子齿顶圆上，使半径o₂o₅a₂与直线o₂o₁的夹角Φo₅为：Φo₅＝2∏/z₂-Φo₃-Φ₂，过阴转子节圆F_j与阳转子节圆M_j的交点p，作半径o₂o₅a₂的垂线p o₅，o₅点是垂足；以节点p为圆心，以线段pc₁长为半径，作圆弧b₂c₂，圆弧b₁c₁与圆弧b₂c₂重合，它与垂线po₅交于b₂点，b₁点与b₂点重合，c₁点与c₂点重合；

以o₅点为中心，以o₅b₂线段为短轴，以o₅a₂线段为长轴，作四分之一椭圆弧a₂b₂；

这样，就创生了阴转子端面齿形中一个单元齿形，一个单元齿形包括以下六段齿形：a₂b₂、b₂c₂、c₂d₂、d₂g₂、g₂e₂、e₂f₂；整个阴转子端面齿形由z₂个单元齿形，沿圆周方向周期性排列组成；

以下是阳转子端面齿形的创生过程；

圆弧c₁d₁的构建工作，前面已经完成；

将阴转子节圆F_j在阳转子节圆M_j上作纯滚动，阴转子节圆F_j的自转角速度与公转角速度之比为z₁/z₂，固结在阴转子上的四分之一椭圆弧d₂g₂的运动轨迹可以形成一条椭圆包络线d₁g₁；其中，d₁点与d₂点啮合，g₁点与g₂点啮合；还有，固结在阴转子上的圆弧g₂e₂的运动轨迹可以形成一条圆弧包络线g₁e₁，e₁点与e₂点啮合；还有，固结在阴转子上的圆弧e₂f₂的运动轨迹可以形成一条圆弧包络线e₁f₁；圆弧包络线e₁f₁是以o₁点为圆心的圆弧；啮合关系为：e₁点与e₂点啮合，f₁点与f₂点啮合；还有，固结在阴转子上的椭圆a₂b₂的运动轨迹可以形成一条椭圆包络线a₁b₁；啮合关系为：a₁点与a₂点啮合，b₁点与b₂点啮合；

另外，销齿圆弧b₁c₁的构建工作，前面已经完成；

这样，完成了阳转子端面齿形中一个单元齿形的创生过程，一个单元齿形包括以下六段齿形：a₁b₁、b₁c₁、c₁d₁、d₁g₁、g₁e₁、e₁f₁；整个阳转子端面齿形由z₁个单元齿形，沿圆周方向周期性排列组成；

这样，阴阳转子端面齿形就被完全构建出来了。