CN106438343A - 一种高效输送螺杆 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高效输送螺杆。因为对两刚体共轭啮合的曲面为共轭曲面的情况，接触曲线必然可以由平面共轭曲线上的接触点经扫掠运动生成。因此，确定平面共轭曲线和其空间扫掠运动是确定共轭曲面的关键。本发明采用多参数方法表示螺杆螺旋曲面，通过旋转矩阵进行包络变换，进而构建空间坐标变换的复合变换，把变换关系表示成矩阵方程形式，使预期设计目标的参数具体化。本高效螺杆付由一对平行轴差速左右螺旋共轭曲面组成，凸螺杆为单头右旋等升距圆柱螺旋面，凹螺杆为四头左旋等升距圆柱螺旋面，凸螺杆的转动角速度是凹螺杆转动角速度的4倍。
Description
技术领域
在液体输送设备领域，大至远距离原油生产输送，小至一些产品原料输送，都要使用加压的泵类设备。其中，螺杆类泵具有寿命长，连续性能好，可靠性高等优点。本发明是一种应用于液体输送的高效输送螺杆。
背景技术
螺杆泵的核心零件是螺杆。形成输送螺杆工作特性的主要方面是，螺杆螺旋曲面形状，螺杆螺旋升角，螺杆头数等。其中，螺杆截面形状以及由此形成的螺旋曲面是决定螺杆工作特性的关键。长期以来，在螺杆截面形状设计中一直延续运用简单曲线形成易加工曲面的原则。但是，以简单曲线形成的螺杆截面，不能很好保证啮合间隙和啮合曲线长度，造成螺杆传输效率和寿命达不到使用预期。究其原因，主要是设计方法的落后和加工手段不能保证复杂曲面质量的限制。本发明提供一种以使用要求为目标进行螺旋曲面优化的高效输送螺杆。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高效输送螺杆。对两刚体共轭啮合的曲面为共轭曲面的情况，则两共轭曲面就可以由接触曲线做扫掠运动生成，而接触曲线必然可以由平面共轭曲线上的接触点经扫掠运动生成。因此，共轭啮合曲面可以通过确定一系列的平面共轭曲线坐标系的空间扫掠运动来生成。显然，确定平面共轭曲线和其空间扫掠运动是确定共轭曲面的关键。本发明采用多参数方法表示螺杆螺旋曲面，通过旋转矩阵进行包络变换，进而构建空间坐标变换的复合变换，把变换关系表示成矩阵方程形式，从而使预期设计目标的参数具体化，便于设计预期目标的参数化实现。得到的螺旋曲面参数方程为：
按照本发明，高效螺杆付由一对平行轴差速左右螺旋共轭曲面组成，为满足连续传动条件，并使实际产品制造方便，经济性好，设定凸螺杆为单头右旋等升距圆柱螺旋面，凹螺杆为四头左旋等升距圆柱螺旋面。在实际产品设计中，可以以凸螺杆为中心，与数个凹螺杆啮合共同组成输送螺杆组。
按照本发明，根据螺杆设计使用寿命要求和选用的螺杆材料不同，可以选择凸螺杆的转动角速度是凹螺杆转动角速度的N倍。本发明为4倍。
按照本发明，两螺杆螺旋曲面沿轴向处处接触。
按照本发明，根据实际输送液体的粘度和输送效率要求，可优化选取凹螺杆的螺距是凸螺杆的N倍。本发明为4倍。
附图说明
附图结合实施实例说明本发明的具体原理和结构，其中：
图1是一种高效输送螺杆的啮合实体图；图中，1是凸螺杆，2是凹螺杆。
图2是本发明的端面截形实体图，图中，1是凸螺杆，2是凹螺杆。
图3是本发明的端截面和坐标示意图，图中，1是凸螺杆，2是凹螺杆。端面曲线的ab段为螺杆1与螺杆2端面曲线的接触段，bc段为过渡段，cd段为基体圆柱的外圆。
具体实施方式
按照附图，为本发明一种高效输送螺杆的实施实例。对两刚体共轭啮合的曲面为共轭曲面的情况，则两共轭曲面就可以由接触曲线做扫掠运动生成，而接触曲线必然可以由平面共轭曲线上的接触点经扫掠运动生成。因此，共轭啮合曲面可以通过确定一系列的平面共轭曲线坐标系的空间扫掠运动来生成。显然，确定平面共轭曲线和其空间扫掠运动是确定共轭曲面的关键。本发明采用多参数方法表示螺杆螺旋曲面，
通过旋转矩阵进行包络变换，进而构建空间坐标变换的复合变换，把变换关系表示成矩阵方程形式从而便于设计预期目标的参数化实现。得到的螺旋曲面参数方程为：
根据上式，取r＝20mm，φ为螺杆外径，取φ＝60mm。计算得到螺杆端面曲线数据为：由于端面截形的对称性，在此仅计算一半具体数据，见下表。
螺杆一的端面截形ab段坐标数据：
| X1 | Y1 | Z1 |
| 58.5842 | 7.3910 | 0 |
| 58.7995 | 6.8250 | 0 |
| 59.0899 | 5.9643 | 0 |
| 59.3020 | 5.2376 | 0 |
| 59.4864 | 4.5034 | 0 |
| 59.6429 | 3.7627 | 0 |
| 59.7712 | 3.0167 | 0 |
| 59.8712 | 2.2663 | 0 |
| 59.9427 | 1.5127 | 0 |
| 59.9857 | 0.7569 | 0 |
| 60 | 0 | 0 |
螺杆一的端面截形bc段坐标数据：
| X1 | Y1 | Z1 |
| -9.5527 | 38.8434 | 0 |
| -3.9942 | 40.0692 | 0 |
| 1.8523 | 40.9599 | 0 |
| 8.1608 | 41.3793 | 0 |
| 15.0378 | 41.0869 | 0 |
| 22.4829 | 39.7683 | 0 |
| 30.3609 | 37.0768 | 0 |
| 38.3898 | 32.6839 | 0 |
| 46.1456 | 26.3333 | 0 |
| 53.0848 | 17.8915 | 0 |
| 58.5842 | 7.3910 | 0 |
螺杆二的端面截形ef段坐标数据：
按照实施实例，本高效螺杆付由一对平行轴差速左右螺旋共轭曲面组成，为满足连续传动条件，并使实际产品制造方便，经济性好，设定凸螺杆1为单头右旋等升距圆柱螺旋面，凹螺杆2为四头左旋等升距圆柱螺旋面。在实际产品设计中，可以以凸螺杆为中心，与一个、两个、三个凹螺杆啮合共同组成输送螺杆组。也可以设计成非圆柱和非等升距螺杆付，完成输送要求，但其加工制造难度较大。螺杆头数可以根据实际需要确定，但啮合螺杆之间的角速度与螺距必须对应。
按照本实施实例，根据螺杆设计使用寿命要求和选用的螺杆材料不同，可以选择凸螺杆1的转动角速度是凹螺杆2的角速度的N倍，本发明为4倍。两螺杆曲面沿轴向处处接触。例如，设计使用寿命长，则将凸螺杆的材料选定为高合金结构钢，凸螺杆的角速度较低，为凹螺杆的2倍。
按照本实施实例，两螺杆螺旋曲面沿轴向处处接触，数控机床实际制造数据显示，结果得到验证。
按照本实施实例，根据实际输送液体的粘度和输送效率要求，可优化选取凹螺杆2的螺距是凸螺杆1的N倍。本发明为4倍。输送效率要求高，
按照本发明构成的高效输送螺杆因实际无间隙啮合曲线长度大于其他输送螺杆，因此使用寿命长，液体残留量小，形成公称压力大，输送效率高。
Claims (5)
1.一种高效输送螺杆，其特征在于，对两刚体共轭啮合的曲面为共轭曲面的情况，两共轭曲面就可以由接触曲线做扫掠运动生成，而接触曲线必然可以由平面共轭曲线上的接触点经扫掠运动生成，本发明采用双参数方法表示螺杆螺旋曲面，通过旋转矩阵进行包络变换，进而构建空间坐标变换的复合变换，把变换关系表示成矩阵方程形式，从而使预期设计目标的参数具体化，得到的螺旋曲面参数方程为：
2.如权利要求1所述的一种高效输送螺杆，其特征在于，本螺杆付由一对平行轴差速左右螺旋共轭曲面组成，为满足连续传动条件，并使实际产品制造方便，经济性好，凸螺杆为单头右旋等升距圆柱螺旋面，凹螺杆为四头左旋等升距圆柱螺旋面。
3.如权利要求1所述的一种高效输送螺杆，其特征在于，根据螺杆设计使用寿命要求和选用的螺杆材料不同，凸螺杆的转动角速度是凹螺杆角速度的4倍。
4.如权利要求1所述的一种高效输送螺杆，其特征在于，两螺杆螺旋曲面沿轴向处处接触。
5.如权利要求1所述的一种高效输送螺杆，其特征在于，根据实际输送液体的粘度和输送效率要求，优化选取凹螺杆的螺距是凸螺杆螺距的4倍。
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| CN201610894188.8A Pending CN106438343A (zh) | 2016-10-09 | 2016-10-09 | 一种高效输送螺杆 |
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2016
- 2016-10-09 CN CN201610894188.8A patent/CN106438343A/zh active Pending
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