劉佰達(dá)

（上海偌托新能源科技有限公司，上海201600）

螺旋轉(zhuǎn)子型線嚙合間隙的設(shè)計應(yīng)用

劉佰達(dá)

（上海偌托新能源科技有限公司，上海201600）

闡述了采用空間曲線方程切線斜率逼近弧微分的方法，沿著節(jié)圓嚙合接觸帶的高壓工作側(cè)進(jìn)行展成，從而獲得良好嚙合空間間隙的設(shè)計應(yīng)用。

螺旋轉(zhuǎn)子；齒廓；高能效；嚙合間隙；展成

1　引言

螺旋轉(zhuǎn)子間隙通常采用的設(shè)計方法是采用理論齒廓方程直接銑削切出螺旋轉(zhuǎn)子，即螺旋公轉(zhuǎn)子和螺旋母轉(zhuǎn)子。同時采用拉大中心距、深切、刀具修正等傳統(tǒng)方法獲得一定間隙。但這些方法因精度低而存在一些缺陷：主機易抱死、加工效率低、廢品率高、與國外同類產(chǎn)品相比容積效率低、噪聲大、內(nèi)壓波動大、泄漏三角形增大、間隙不均勻等。不能達(dá)到批量高精度、高效產(chǎn)品設(shè)計和保障機組可靠運行的實際要求，也造成了電耗高、油耗高、高成本、耗時、費工、停產(chǎn)等問題。

由于間隙引起的泄漏，會降低容積效率。但是，螺旋齒廓的間隙又是主機安全運行所必需的。因此，準(zhǔn)確計算出螺旋齒廓的間隙分布再合理選取均勻間隙值是非常重要的。

2　附圖說明

圖1為本方法中螺旋轉(zhuǎn)子理論齒廓曲線與實際齒廓曲線的空間坐標(biāo)數(shù)學(xué)模型解析示意圖。

圖2為本方法中螺旋轉(zhuǎn)子中的螺旋公轉(zhuǎn)子與螺旋母轉(zhuǎn)子空間軛合示意圖。

圖3為本方法中螺旋母轉(zhuǎn)子與螺旋公轉(zhuǎn)子齒廓端面間隙示意圖。

圖1　

參見圖2、3，雙軸主機螺旋動力發(fā)生裝置中的螺旋轉(zhuǎn)子通過在徑向與軸向固定，所述的螺旋轉(zhuǎn)子包括螺旋公轉(zhuǎn)子2與螺旋母轉(zhuǎn)子1。其中，螺旋公轉(zhuǎn)子2軸端輸入傳動力矩帶動螺旋母轉(zhuǎn)子1在腔體內(nèi)的高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生一個間隙5潤滑密封，并通過螺旋公轉(zhuǎn)子2與螺旋母轉(zhuǎn)子1的齒間密封容積的縮小與壓力氣體的排放相對應(yīng)。

圖2　

圖3　

3　設(shè)計方法

合理的螺旋齒廓間隙值，是雙軸主機螺旋動力發(fā)生裝置安全運行所必需的。本方法是通過以下技術(shù)理論，同時考慮主機工作工況、驅(qū)動區(qū)域、選擇性添加區(qū)、精度、介質(zhì)特性及部件材質(zhì)等具體條件加輔以數(shù)據(jù)修正。在螺旋轉(zhuǎn)子齒側(cè)添加間隙，使相互軛合的螺旋公轉(zhuǎn)子與螺旋母轉(zhuǎn)子的軛合空間工作間隙為0.02～0.035 mm時，該對空間軛合螺旋轉(zhuǎn)子的空間曲面接觸線短、封閉容積小、過渡光滑、噪聲低，能有效減小動力損失，并且耐磨，因而整體性能達(dá)到最優(yōu)化設(shè)計。

3.1獲得實際齒廓分段方程的數(shù)學(xué)計算方法

（2）當(dāng)該點沿法線NN方向移動，則有

（3）由此得空間離散點坐標(biāo)組成的實際齒廓分段方程為

（4）以拉格朗日插值多項式L（x）近似表示理論齒廓分段方程所獲得的理論齒廓曲線上的3個點i-1、i、i+1，其中i點位于法線NN上，其坐標(biāo)值為（xi，yi），i-1點與i+1點是分別位于xi兩側(cè)的、在理論齒廓曲線上的點，i-1點的坐標(biāo)值為（xi-1，yi-1），i+1點的坐標(biāo)值為（xi+1，yi+1），由此3個點i-1、i、i+1獲得的曲線方程

則此曲線方程y（x）的曲線斜率

（5）求i點的一階導(dǎo)數(shù)k，令x=xi，得到i點的斜率

通過編程軟件，將此i點的斜率k代入實際的齒廓分段方程中，即得到實際齒廓曲線′≈理論齒廓曲線。其中理論齒廓曲線上的3個點i-1、 i、i+1，其中i點位于法線NN上，其坐標(biāo)值為（xi，yi），i-1點與i+1點是分別位于xi兩側(cè)的、在理論齒廓曲線上的點，i-1點的坐標(biāo)值為（xi-1，yi-1），i+1點的坐標(biāo)值為（xi+1，yi+1）。

3.2實際制造及工藝要求

本方法中螺旋轉(zhuǎn)子采用45號調(diào)質(zhì)鋼棒料，熱處理后的硬度為HB190～240，螺旋公轉(zhuǎn)子長徑比范圍為1.4～2.0；銑削螺旋角度30°～60°，然后再采用如下方法進(jìn)行加工。

適用運行工況：保證機組運行排氣溫度小于110℃、排氣壓力小于3.0 MPa，進(jìn)行有油強制冷卻潤滑；

生產(chǎn)過程中對螺旋轉(zhuǎn)子中的螺旋公轉(zhuǎn)子和螺旋母轉(zhuǎn)子進(jìn)行分別展成加工。

在展成精密加工后進(jìn)行在線檢測，需保證螺旋公轉(zhuǎn)子與螺旋母轉(zhuǎn)子的如下空間軛合精度參數(shù)：

（1）空間齒廓零對零接觸帶在冷卻潤滑的條件下，空間零對零接觸帶寬度為0.1～0.2 mm；

（2）加工后動平衡G2.5級；

（3）當(dāng)螺旋齒廓外徑在小于Ф300 mm時，型線的誤差小于±0.01 mm；

（4）當(dāng)螺旋齒廓外徑小于Ф300 mm時，全導(dǎo)程的誤差小于±0.01 mm，分度的誤差小于±0.01 mm；

（5）表面光潔度需達(dá)到0.4～0.8。

4　結(jié)論

綜上所述，最終獲得典型產(chǎn)品的螺旋齒廓，空間工作間隙可減小到0.024 mm，且間隙均勻連續(xù)，減少泄漏面積顯著，大大提高排氣效率。實際效果是螺旋公轉(zhuǎn)子與螺旋母轉(zhuǎn)子的空間曲面接觸線短，封閉容積小，有利壓力油膜形成，消除加工尖點、重復(fù)點和間斷點，從而形成光滑過渡，有效減小動力損失并提供了高效均勻密封帶。

通過積極的使用經(jīng)驗、長期試驗運行數(shù)據(jù)反饋并結(jié)合數(shù)學(xué)空間解析原理，本方法中的高精度空間螺旋齒廓高效軛合展成間隙的方法，憑借其優(yōu)化空間軛合工作間隙法的大膽創(chuàng)新，可大幅度提高機組的使用壽命、效率及可靠性。

［1］伍賢君.螺桿壓縮機轉(zhuǎn)子磨削成形法［J］.流體機械，2000.

［2］李文林，周瑞秋，趙超人.回轉(zhuǎn)式制冷壓縮機［M］.北京：機械工業(yè)出版社，1990.

［3］鄧定國，束鵬程.回轉(zhuǎn)式壓縮機（修訂本）［M］.北京：機械工業(yè)出版社，1988.

［4］郁永章.容積式壓縮機設(shè)計手冊［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2000.

Design and Application of Screw Rotor Profile Meshing Gap

LIU Bai-da
（Shanghai Ruotuo New Energy Technology Co.，Ltd.，Shanghai 201600，China）

This paper specified the method of using space curve equation tangent slope approaching arc differential，along the highpressure working side of meshing with the pitch to expand as to obtain the design and application of good meshing space gap.

screw rotor；tooth profile；high energy efficiency；meshing gap；expansion

TH455

B

1006-2971（2015）02-0023-03

劉佰達(dá)，男，2000年畢業(yè)于上海理工大學(xué)，現(xiàn)任上海偌托新能源科技有限公司總經(jīng)理。E-mail：18717725285@163.com［J］.BulletinofJSME，1973，16（91）.

2015-01-08