CN101550935B - 双螺杆压缩机螺杆转子齿形 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用齿条生成方法所设计具有较高容积效率的双螺杆压缩机螺杆转子齿形，包括阳转子齿形(1)和阴转子齿形(2)，阳转子和阴转子的齿形是由齿条生成方法而设计的，是以圆弧和圆弧、直线和抛物线的共轭包络曲线为基本组成单元的双边不对称齿形，阳转子由A1B1、B1C1、C1D1、D1E1、E1F1、F1G1、G1H1、H1I1、I1J1九个基本组成单元构成，阴转子由A2B2、B2C2、C2D2、D2E2、E2F2、F2G2、G2H2、H2I2、I2J2九个基本组成单元构成，这样可以减少接触线长度，同时有利于齿面的渐进啮合；可以减小高压侧的漏气三角形面积，又可以彻底消除尖角，使气流扰动损失小，传动平稳、降低噪声和振动，同时还具有工具耐用度高的优点。

Description

双螺杆压缩机螺杆转子齿形

技术领域：

本发明涉及一种转子齿形，尤其是一种用齿条生成方法所设计具有较高容积效率的双螺杆压缩机螺杆转子齿形。

背景技术：

螺杆压缩机属于普通的回转式容积设备，能够在保持宽幅运行压力与流量的高效状态下进行高速运转，其转子型线(齿形)的优劣是影响压缩机工作性能的关键因素。最佳转子型线应具有大的流动横截面积、短的密封线及小的泄漏三角形面积，对于相同尺寸与转速的转子，流动横截面积越大流量越高；密封线越短且泄漏三角形面积越小泄漏量越少；提高流量的同时减少泄漏量，就可以提高压缩机的容积效率。传统的螺杆压缩机转子型线生成方法是首先创建一个转子的型面曲线，然后运用适当的边界限制条件和数学方法生成另外一个转子的型面曲线，任何曲线都可以用于最初的转子型线上，使用最多的是圆弧线。目前，世界上应用较广、由SRM公司(瑞典压缩机公司)注册登记的1946年的对称型线、1970年的非对称型线及1982年的“D”型线，均是按此传统型线生成方法而设计的。尽管近些年，由线性公差小于10微米的高精度磨削和洗削型线加工设备可以加工出啮合间隙为30～50微米的转子，使得双螺杆压缩机内部泄漏值相对减少，与其它压缩机相比，具有尺寸小、比功率小、效率高等优点。但是按照传统转子型线生成方法所得到的转子齿形并不能保证相同尺寸与转速的转子具有相对最大的流动横截面积、相对最短的密封线及相对最小的泄漏三角形面积，不能得到最大容积效率的压缩机。虽然中国专利申请号为200610045910.7的发明专利申请公开了一种用齿条生成方法所设计的具有高容积效率的“双螺杆压缩机螺杆转子齿形”，但是却没有公开齿形设计中必要设计参数的取值范围或者参数关系，以至于所属技术领域的技术人员并不能够实现。

发明内容：

本发明是为了解决现有技术所存在的容积效率低的技术问题，提供一种用齿条生成方法所设计具有较高容积效率的双螺杆压缩机螺杆转子齿形。

本发明的技术解决方案是：一种双螺杆压缩机螺杆转子齿形，包括阳转子齿形1和阴转子齿形2，阳转子和阴转子的齿形是用齿条生成方法生成的用齿条生成方法生成的以圆弧和圆弧、直线和抛物线的共轭包络曲线为基本组成单元的双边不对称齿形，阳转子由A1B1、B1C1、C1D1、D1E1、E1F1、F1G1、G1H1、H1I1、I1J1九个基本组成单元构成，阴转子由A2B2、B2C2、C2D2、D2E2、E2F2、F2G2、G2H2、H2I2、I2J2九个基本组成单元构成，具体定义如下：

A1B1：圆弧的共轭包络线，由定义在齿条上半径为R3的圆弧AB形成；

B1C1：摆线，由定义在齿条上的直线段BC生成，该直线与抛物线DC相切于C，与圆弧BA相切于B；

C1D1：抛物线的共轭包络线，由定义在齿条上的抛物线CD生成，C、D两点均位于半径为R1、圆心在O₁O₂轴上的圆上，D点位于抛物线的顶点，且位于O₁0₂轴上；

D1E1：圆弧的共轭包络线，由定义在齿条上圆心位于O₁O₂轴上、半径为R的圆弧共轭生成；

E1F1：圆弧，半径为R1；

F1G1：圆弧的共轭包络线，由定义在阴转子上的圆弧段G2F2生成，圆弧半径为R2；

G1H1：摆线，由定义在齿条上的直线段GH生成，该直线与圆弧的共轭包络线FG相切于G，与圆弧IH相切于H；

H1I1：圆弧的共轭包络线，由定义在齿条上半径为R4的圆弧IH形成，圆弧IH分别与两直线JI和HG相切；

I1J1：齿根圆；

A2B2：圆弧的共轭包络线，由定义在齿条上半径为R3的圆弧AB形成；

B2C2：摆线，由定义在齿条上的直线段BC生成，该直线与抛物线DC相切于C，与圆弧BA相切于B；

C2D2：抛物线的共轭包络线，由定义在齿条上的抛物线DC生成，C、D两点均位于半径为R1，圆心在O₁O₂轴上的圆上，D点位于抛物线的顶点，且位于O₁O₂轴上；

D2E2：圆弧的共轭包络线，由定义在齿条上圆心位于O₁O₂轴上，半径为R的圆弧共轭生成；

E2F2：圆弧的共轭包络线，由定义在阳转子上的圆弧段E₁F₁生成，该圆弧半径为R1；

F2G2：圆弧，半径为R2；

G2H2：摆线，由定义在齿条上的直线段GH生成，该直线与圆弧包络线FG相切于G，与圆弧IH相切于H；

H2I2：圆弧的共轭包络线，由定义在齿条上半径为R4的圆弧形成，圆弧IH分别与两直线JI和HG相切；

I2J2：齿顶圆；

R为阳转子齿顶高；

R0为阴转子齿顶高；

80％R≤R1≤125％R；

阳转子外径的1％≤R2≤阳转子外径的4％；

40％R0≤R3≤125％R0；

50％R0≤R4≤R0。

本发明是以齿条生成方法而设计的螺杆转子新齿形，是一种以圆弧和圆弧、直线和抛物线的共轭包络曲线为基本组成单元的双边不对称齿形。阳转子和阴转子的端面齿形均由九段这样的基本单元曲线光滑连接而成，主动侧齿形采用圆弧、直线和抛物线的共轭齿形，这样可以减少接触线长度，同时有利于齿面的渐进啮合；被动侧齿形采用圆弧、圆弧共轭包络曲线、摆线作齿形，既可以减小高压侧的漏气三角形面积，又可以彻底消除尖角，使气流扰动损失小，传动平稳、降低噪声和振动，同时还具有工具耐用度高的优点。尤其是靠近节圆面的两个接触带曲线，是由齿条上的直线段生成的，为摆线包络曲线，因此，使转子相对运动更接近纯滚动，即使转子中心距在实际运转中出现微小变化对于转子之间的相对运动也是没有影响的。本发明与现有技术相比还具有以下优点：

1.较大的面积利用系数和较小的泄漏三角形面积；

2.具有较高的密封性能和较高的齿形效率；

3.阴转子的齿刚性较强，可减少加工和运转时的变形；

4.独特的转子扭矩分布形成较低的转子间接触力，在负力距的情况下也不存在转子振动的危险。

附图说明：

图1为本发明实施例的形状示意图。

图2是图1的M部局部放大图。

具体实施方式：

下面将结合附图说明本发明的具体实施方式。如图1所示：本发明是采用齿条生成方法而设计的，是双螺杆压缩机螺杆转子新齿形，是以圆弧和圆弧、直线和抛物线的共轭包络曲线为基本组成单元的双边不对称齿形，阳转子和阴转子的端面齿形1、2均是由九段这样的基本组成单元光滑连接而成。通常，由阳转子驱动阴转子，因而对于图示互相啮合的一对齿，以中心线O₁O₂为分界线，下半部为主动侧，上半部为被动侧。阴、阳转子的主动侧齿形均由定义在齿条上的圆弧、直线和抛物线根据啮合原理和边界条件生成的圆弧包络线A1B1、A2B2、摆线B1C1、B2C2和抛物线包络线C1D1、C2D2组成，阳转子的被动侧齿形大部分为圆弧包络线F1G1，小部分为圆弧E1F1和圆弧包络线G1H1，H1I1，主动侧齿形和被动侧齿形之间以及它们与齿顶圆、齿根圆之间均以圆弧连接，其被动侧齿形参数以漏气三角形面积最小为主要目标进行优选。阳转子由A1B1、B1C1、C1D1、D1E1、E1F1、F1G1、G1H1、H1I1、I1J1九个基本组成单元构成，阴转子由A2B2、B2C2、C2D2、D2E2、E2F2、F2G2、G2H2、H2I2、I2J2九个基本组成单元构成，具体定义如下：

A1B1：圆弧的共轭包络线，由定义在齿条上半径为R3的圆弧AB形成；

B1C1：摆线，由定义在齿条上的直线段BC生成，该直线与抛物线DC相切于C，与圆弧BA相切于B；

C1D1：抛物线的共轭包络线，由定义在齿条上的抛物线CD生成，C、D两点均位于半径为R1、圆心在O₁O₂轴上的圆上，D点位于抛物线的顶点，且位于O₁O₂轴上；

D1E1：圆弧的共轭包络线，由定义在齿条上圆心位于O₁O₂轴上、半径为R的圆弧共轭生成；

E1F1：圆弧，半径为R1；

F1G1：圆弧的共轭包络线，由定义在阴转子上的圆弧段G2F2生成，圆弧半径为R2；

G1H1：摆线，由定义在齿条上的直线段GH生成，该直线与圆弧的共轭包络线FG相切于G，与圆弧IH相切于H；

H1I1：圆弧的共轭包络线，由定义在齿条上半径为R4的圆弧形成，圆弧IH分别与两直线JI和HG相切；

I1J1：齿根圆；

A2B2：圆弧的共轭包络线，由定义在齿条上半径为R3的圆弧AB形成；

B2C2：摆线，由定义在齿条上的直线段BC生成，该直线与抛物线DC相切于C，与圆弧BA相切于B；

C2D2：抛物线的共轭包络线，由定义在齿条上的抛物线DC生成，C、D两点均位于半径为R1，圆心在O₁O₂轴上的圆上，D点位于抛物线的顶点，且位于O₁O₂轴上；

D2E2：圆弧的共轭包络线，由定义在齿条上圆心位于O₁O₂轴上，半径为R的圆弧共轭生成；

E2F2：圆弧的共轭包络线，由定义在阳转子上的圆弧段E₁F₁生成，该圆弧半径为R1；

F2G2：圆弧，半径为R2；

G2H2：摆线，由定义在齿条上的直线段GH生成，该直线与圆弧包络线FG相切于G，与圆弧IH相切于H；

H2I2：圆弧的共轭包络线，由定义在齿条上半径为R4的圆弧形成，圆弧IH分别与两直线JI和HG相切；

I2J2：齿顶圆；

R为阳转子齿顶高；

R0为阴转子齿顶高；

80％R≤R1≤125％R；

阳转子外径的1％≤R2≤阳转子外径的4％；

40％R0≤R3≤125％R0；

50％R0≤R4≤R0。

其中R、R0的数值可根据阳转子和阴转子的齿数比和中心距来确定。

已知：两转子中心距为A，阳转子齿数为Z1，阴转子齿数为Z2，阳转子外圆半径为R1w，阴转子外圆半径为R2w。

根据啮合关系：

$\frac{R1j}{R2j}=\frac{Z1}{Z2};$ R1j+R2j＝A；

得出：

$R1j=A\frac{Z1}{Z1+Z2};$ $R2j=A\frac{Z2}{Z1+Z2};$

$R=R1w-R1j=R1w-A\frac{Z1}{Z1+Z2};$

$R0=R2w-R2j=R2w-A\frac{Z2}{Z1+Z2}.$

本技术发明所提出的新齿形，应用于公称直径为234mm，长径比为1.65的螺杆制冷压缩机上，在标准工况(-15℃/30℃)下测试，制冷量达到880.11Kw，单位轴功率制冷量达到3.704kW/kW。

Claims (1)

1.一种双螺杆压缩机螺杆转子齿形，包括阳转子齿形(1)和阴转子齿形(2)，其特征在于：阳转子和阴转子的齿形是用齿条生成方法生成的圆弧和圆弧、直线和抛物线的共轭包络曲线为基本组成单元的双边不对称齿形，阳转子由A1B1、B1C1、C1D1、D1E1、E1F1、F1G1、G1H1、H1I1、I1J1九个基本组成单元构成，阴转子由A2B2、B2C2、C2D2、D2E2、E2F2、F2G2、G2H2、H2I2、I2J2九个基本组成单元构成，具体定义如下：

A1B1：圆弧的共轭包络线，由定义在齿条上半径为R3的圆弧AB形成；

B1C1：摆线，由定义在齿条上的直线段BC生成，该直线与抛物线DC相切于C，与圆弧BA相切于B；

C1D1：抛物线的共轭包络线，由定义在齿条上的抛物线CD生成，C、D两点均位于半径为R1、圆心在O₁O₂轴上的圆上，D点位于抛物线的顶点，且位于O₁O₂轴上；

D1E1：圆弧的共轭包络线，由定义在齿条上圆心位于O₁O₂轴上、半径为R的圆弧共轭生成；

E1F1：圆弧，半径为R1；

F1G1：圆弧的共轭包络线，由定义在阴转子上的圆弧段G2F2生成，圆弧半径为R2；

G1H1：摆线，由定义在齿条上的直线段GH生成，该直线与圆弧的共轭包络线FG相切于G，与圆弧IH相切于H；

H1I1：圆弧的共轭包络线，由定义在齿条上半径为R4的圆弧IH形成，圆弧IH分别与两直线JI和HG相切；

I1J1：齿根圆；

A2B2：圆弧的共轭包络线，由定义在齿条上为R3的圆弧AB形成；

B2C2：摆线，由定义在齿条上的直线段BC生成，该直线与抛物线DC相切于C，与圆弧BA相切于B；

C2D2：抛物线的共轭包络线，由定义在齿条上的抛物线DC生成，C、D两点均位于半径为R1，圆心在O₁O₂轴上的圆上，D点位于抛物线的顶点，且位于O₁O₂轴上；

D2E2：圆弧的共轭包络线，由定义在齿条上圆心位于O₁O₂轴上，半径为 R的圆弧共轭生成；

E2F2：圆弧的共轭包络线，由定义在阳转子上的圆弧段E₁F₁生成，该圆弧半径为R1；

F2G2：圆弧，半径为R2；

G2H2：摆线，由定义在齿条上的直线段GH生成，该直线与圆弧包络线FG相切于G，与圆弧IH相切于H；

H2I2：圆弧的共轭包络线，由定义在齿条上半径为R4的圆弧IH形成，圆弧IH分别与两直线JI和HG相切；

I2J2：齿顶圆；

R为阳转子齿顶高；

R0为阴转子齿顶高；

80％R≤R1≤125％R；

阳转子外径的1％≤R2≤阳转子外径的4％；

40％R0≤R3≤125％R0；

50％R0≤R4≤R0。 

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