CN85109065A - 一种采用新型啮合副的单螺杆压缩(或膨胀)机 - Google Patents
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Abstract
本发明提出采用“圆台(柱)二次包络面啮合副”代替目前单螺杆压缩(或膨胀)机中广泛使用的各种“一次包络面啮合副”。这种新型啮合副加工方便，适于批量生产，具有理想的表面粗糙度和高啮合精度；在啮合运动中存在二条瞬时接触线族，使润滑油产生挤压效应，从而提高机器的运行可靠性和使用寿命。
Description
本发明属于动力机械、化工机械及机械类。
单螺杆压缩（或膨胀）机，自发明以来由于结构简单，维护方便，运行可靠性好，近年来发展迅速，被广泛应用于气体动力、化工、建筑、制冷等领域。螺杆、星轮啮合副是单螺杆压缩（或膨胀）机的关键部件。啮合副型线设计不当，在高转速、高相对滑动速度的情况下，星轮工作齿就会很快磨损，导致啮合间隙增大，排气量急剧下降，严重影响机器工作的可靠性和使用寿命。合理的啮合副型线，保证啮合副在工作过程中能获得稳定的流体动力润滑，使啮合副实现“无金属接触”，有效地减少星轮的磨损，可以从根本上解决单螺杆压缩（或膨胀）机工作的可靠性和寿命问题。
七十年代初，B.Zimmern继“直线一次包络面啮合副”之后，又提出“圆台（柱）一次包络面啮合副”（British Patent 1388537）。图1是Zimmern的“圆台（柱）一次包络面啮合副”的啮合示意图。其中星轮（2）齿侧工作面为圆台（柱）面的一部分，它的一个齿的两侧（或一侧）工作面按图1所示啮合运动，就可以包络出螺杆（1）齿槽的两侧（或一侧）螺旋面。当星轮齿侧工作面用相同形状（圆台或圆柱）的铣刀或砂轮代替时，就可以加工出符合啮合要求的螺杆齿槽来。这种“一次包络面”的啮合副不仅流体动力润滑性能较差，使磨损加快，而且星轮齿侧工作面只能用成形刀具分度加工，使加工困难（特别是齿根部分），分度误差影响啮合精度，从而影响机器的可靠性和使用寿命。
本发明提出采用“圆台（柱）二次包络面啮合副”，克服了上述缺点。本发明的要点是，星轮齿侧工作面是由螺杆齿槽螺旋面按图1所示啮合运动反包络（即二次包络）而成。当此螺杆用相同齿槽形状的滚刀代替时，就可加工出符合啮合要求的星轮齿侧工作面。所以这种新型的啮合副，不仅加工方便，适于批量生产，而且啮合精度高，具有理想的表面粗糙度：这种“圆台（柱）二次包络面啮合副”的其它优点，通过下面实施例来说明。螺杆与星轮直径D＝120mm，中心距a＝96mm，螺杆槽数Z1＝6，星轮齿数Z2＝11，传动比i12＝1.833。
图2是根据“圆台（柱）二次包络面啮合副”的一、二次包络接触条件及齿面方程（φ.
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енцǔ，ИЗД2，《HAYKA》，1962）得出的瞬时接触线。图2a是逆转动方向看去的星轮前齿面的瞬时接触线，图2b是顺转动方向看去的星轮后齿面的瞬时接触线。K-K′为啮合界限线，它把星轮齿面分成了两部分：∑Ⅱ 2和∑Ⅱ 1。LⅡ 1是一次包络时齿面∑Ⅱ 1上的原瞬时接触线族，LⅡ 2是二次包络时齿面∑Ⅱ 2上的瞬时接触线族。图中φ2为星轮转角。在啮合运动时，接触线族LⅡ 2始终存在，起着密封基元容积的作用;接触线族LⅡ 2只存在于一定转角φ2范围内，起着分散载荷和磨损范围的作用。
图3是星轮与螺杆啮合的截面图。图3a是啮合前星轮齿面的截面图;图3b表示螺杆与星轮刚进入啮合，此时只有一根瞬时接触线;图3c表示随着啮合运动的进行，产生另一根瞬时接触线，在二根接触线之间形成了油腔;随后两条瞬时接触线迅速接近（图3d、e）直至在啮合界限K处完全重合（图3f）。图中
ⅡⅠ是星轮对螺杆的相对速度。由于啮合副转速大，油腔中的润滑油来不及泄出，油压升高，从而加强油膜的强度和承载能力，即所谓挤压效应，加强了油膜的稳定性，提高了机器的运行可靠性和使用寿命。“一次包络面”啮合副不存在第二族接触线，无挤压效应。
润滑角θV是指从接触线的切线到相对运动速度方向的有向角。它是相对运动两齿面间能否形成动压油膜的重要标志。当θV等于或接近90°时，润滑条件最佳。本实施例中，对应于一次包络齿面部分，86.34640≤θV1≤8856050;对应于二次包络齿面部分，8231620≤θV2≤89.05370。所以该啮合副具有形成流体动力润滑的良好条件。
啮合副间的最小油膜厚度可用Matin方程（林子光、徐大耐等：“齿轮传动的润滑”，机械工业出版社，1980）计算：h0＝4.9ηUR×104/W，式中h0为最小油膜厚度，μm;η为润滑油在工作温度时的动力粘度，Pa·S;W为单位长度上的负荷，N/cm;U为卷汲速度，cm/S;R为相对曲率半径。本实施例中，对应于一次包络齿面部分，R1的均方根值为6.1843～7.5461;U1的均方根值为7536.8～8515.57mm/s;对应于二次包络齿面部分，R2＝11824.8～7625.24;U2＝6903.21～9436.78mm/s。可见，U1与U2的数值比较接近，而R2却比R1大得多，因而在同样的条件下，“圆台（柱）二次包络面啮合副”要比“一次包络面啮合副”所形成的动压油膜厚得多。本实施例中取W＝100N/cm，采用18号冷冻机油在120°时η＝2.7729-3Pa·S，可得h0＝30.25μm。
Claims (5)
1、一个由螺杆与对置于其两侧的星轮所组成的啮合副和具有进、排气口，与喷油口的密封外壳所构成的单螺杆压缩(或膨胀)机，其特征在于该啮合副是一种“圆台(柱)二次包络面啮合副”。
2、按照权利要求1所述的“圆台（柱）二次包络面啮合副”其特征在于在啮合运动时存在二条瞬时接触线族。
3、按照权利要求1所述的“圆台（柱）二次包络面啮合副”其特征在于在啮合运动时，润滑油产生挤压效应。
4、按照权利要求1所述的“圆台（柱）二次包络面啮合副”其特征在于星轮齿侧工作面由螺杆齿槽螺旋面按啮合运动的反包络加工而成。
5、按照权利要求4所述的星轮齿侧工作面由螺杆齿槽螺旋面按啮合运动的反包络加工而成其特征在于首先精加工一把与螺杆相同齿槽形状的滚刀，再用该滚刀加工与螺杆相啮合的星轮。
Priority Applications (1)
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| CN 85109065 CN1012002B (zh) | 1985-12-10 | 1985-12-10 | 一种用于压缩(或膨胀)机的螺杆啮合副 |
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| CN1012002B CN1012002B (zh) | 1991-03-13 |
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