專利名稱：三面共點構(gòu)造法及用此法構(gòu)造的單螺桿壓縮機的星輪的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及軟件開發(fā)、機械設(shè)計及制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及空間共軛嚙合副二次 包絡(luò)面的三面共點構(gòu)造法及采用該方法構(gòu)造的單螺桿壓縮機的星輪。
背景技術(shù)：
空間共軛嚙合理論適用的領(lǐng)域非常廣泛，如機械加工中的刀具、磨具、磨輪；材料 成形中的擠輪、軋輥、模具；機械傳動中的凸輪、齒輪、蝸輪蝸桿和環(huán)面蝸輪蝸桿；流體機械 中的單螺桿壓縮機、單螺桿膨脹機、螺桿壓縮機和泵類；精密儀器儀表、共軛嚙合的機構(gòu)以 及其它需要共軛嚙合的裝置；等等?？臻g共軛嚙合副的設(shè)計和制造可以用包絡(luò)法來實現(xiàn)。在一個包含三個空間0、I、II的機械系統(tǒng)中，其中0代表參考空間或靜止空間，I、 II代表運動空間，I、II運動空間相對于0參考空間的運動各為釣、φ2。設(shè)型面A在I運動 空間內(nèi)，當I運動空間和型面A相對于0參考空間按夠運動，II運動空間相對于0參考空間 做外運動時，/ 二 Ψι IΨι，型面A在II運動空間中包絡(luò)出曲面B，若滿足嚙合條件，這一過程稱 為空間共軛嚙合型面的一次包絡(luò)，曲面B則稱為空間共軛嚙合型面的一次包絡(luò)面B1。當II運動空間包括在II運動空間中已被包絡(luò)出來的一次包絡(luò)面B相對于0參考 空間按Φ 2運動，I運動空間相對于0參考空間做Φ i運動時，/ = A /么=ψχ丨<Ρι，一次包絡(luò) 面B在I運動空間中包絡(luò)出曲面:i，則這一過程稱為空間共軛嚙合型面的二次包絡(luò)，曲面:i 則稱為空間共軛嚙合型面的二次包絡(luò)面:i1。經(jīng)過一、二次包絡(luò)獲得的兩型體嚙合就是一對空間共軛嚙合副，單螺桿壓縮機、單 螺桿膨脹機以及環(huán)面蝸輪蝸桿等就是典型的空間共軛嚙合副。目前，空間共軛嚙合副如單螺桿壓縮機和膨脹機中的螺桿和環(huán)面蝸輪蝸桿中的蝸 桿等的設(shè)計和制造都具有成熟的技術(shù)，但如單螺桿壓縮機和膨脹機中的星輪和環(huán)面蝸輪蝸 桿中的蝸輪等二次包絡(luò)面的設(shè)計和制造技術(shù)卻嚴重缺乏。工程界涉及這一技術(shù)時，要么是 回避如“對環(huán)面蝸桿副來說，不可能也沒有必要對所有的接觸線進行計算和研究。通常只對 有代表性的接觸線進行討論，如入口接觸線、出口接觸線、某一瞬時的同時接觸線。[2]”要 么是沒有真正設(shè)計出星輪的型面，只能根據(jù)螺桿與星輪的運動原理制造的專機滾切加工得 到星輪的型面，“星輪相當于球面蝸輪，其齒面是螺桿齒面的包絡(luò)面，只能用滾切加工。[3]，，采用滾切加工方法生產(chǎn)單螺桿壓縮機(或單螺桿膨脹機)的星輪及環(huán)面蝸輪蝸桿 的蝸輪的二次包絡(luò)面存在諸多缺陷，其一是需要專機，因此加工成本很高，生產(chǎn)效率很低； 其二是加工精度很難控制，因為任何機械設(shè)備都有間隙，有間隙帶誤差的滾切加工獲得的 嚙合副精度很難保證；其三是批量生產(chǎn)困難?，F(xiàn)在也有按加工螺桿轉(zhuǎn)子時多方位圓柱銑刀的設(shè)定位置，取各銑刀圓柱上能接觸 到螺桿轉(zhuǎn)子齒面的表面，把這些窄條狀表面按原方位放置，并將每兩個相鄰表面用外切直 線光滑連接，再用計算機按曲線擬合的近似方法進行處理的4。這種方法不能精確得到本 說明書附圖2中的5、10和13接觸密封工作區(qū)，更得不到6、7、11、12、13和14標示的瞬時接觸區(qū)，本質(zhì)上已背離了空間共軛嚙合副的嚙合規(guī)律，不可能得到精確的嚙合副。1、陳志新共軛曲面原理及其應(yīng)用--陳志新論文集中國科學(xué)技術(shù)出版社2008. 52、周良墉環(huán)面蝸桿修型原理及制造技術(shù)國防科技大學(xué)出版社2005. 93、方宜榮查世梁等單螺桿壓縮機技術(shù)的全面突破機械開發(fā)1997. 64、CN100408240C多圓柱銑削包絡(luò)單螺桿壓縮機齒面型線構(gòu)成方法

發(fā)明內(nèi)容
針對空間共軛嚙合副設(shè)計和制造技術(shù)的嚴重缺失和不足，本發(fā)明的目的在于，提 供一種空間共軛嚙合副二次包絡(luò)面的三面共點構(gòu)造法，通過構(gòu)造兩個輔助平面同二次包絡(luò) 面相交產(chǎn)生交點構(gòu)造單螺桿壓縮機(或單螺桿膨脹機)的星輪及環(huán)面蝸輪蝸桿的蝸輪的型 面，然后設(shè)計出星輪的三維立體模型，在計算機中實現(xiàn)空間共軛嚙合副的精密共軛嚙合，再 用車銑復(fù)合加工中心或五坐標機床等加工出實體。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技 術(shù)解決方案如下1、一種三面共點構(gòu)造法，包含三個空間0、I、II的機械系統(tǒng)，其中0代表參考空間 或靜止空間，I、II代表運動空間，在I運動空間用向量函數(shù)為= A(u, ν)的型面做產(chǎn)形面 Α，相對于0參考空間按釣運動，II運動空間相對于0參考空間做灼運動，/ = φ]/φ2，產(chǎn)形面A 在II運動空間中包絡(luò)生成一次包絡(luò)面B，一次包絡(luò)面B的向量函數(shù)為r2 =B(夠,μ,ν(灼,…)； 包含用一次包絡(luò)面B做產(chǎn)形面的II運動空間，相對于0參考空間按Φ2運動，I運動空間相 對于0參考空間做Φ 運動，/ =於/么=釣/灼，一次包絡(luò)面B在I運動空間中包絡(luò)出二次 包絡(luò)面2，二次包絡(luò)面2的向量函數(shù)為f = 於,灼,Μ)。其特征在于構(gòu)造二次包絡(luò)面:i用如 下方法(1)、構(gòu)造三個面構(gòu)造包絡(luò)面J 根據(jù)二次包絡(luò)面的向量函數(shù)廠= 於，灼,M)，取釣=a; (i = 1，
2，……，η)，獲得二次包絡(luò)面2的向量函數(shù)族^； = 2(病，(i = 1,2,……，η)表示的η 個包絡(luò)面，其中第i包絡(luò)面簡稱包絡(luò)面Z ；構(gòu)造軸向平面θ u 以所述I運動空間和II運動空間的中心的連線(a)或平行于 I運動空間和II運動空間中心的連線的一條直線(b)做軸線L作同軸平面族，為敘述方便 用向量函數(shù)為r」=θ (θ LJ) (j = 1,2,……，m)表示，θ LJ為平面族r」=θ ( θ LJ) (j = 1， 2，……，m)中第j平面的特征角，θ LJ由所選基準面和j的值決定，其中第j平面簡稱軸 向平面θ…構(gòu)造徑向平面Uk或構(gòu)造另一軸向平面θ lk 作垂直于所述軸線L的平面族，為敘 述方便用向量函數(shù)為A = U(Uk) (k= 1,2,……，w)表示，Uk為平面族A = U(Uk) (k= 1， 2，……，w)中第k平面與軸線L的交點沿軸線L到I運動空間或II運動空間坐標平面 的距離，其中第k平面簡稱徑向平面Uk ；或者在I運動空間的中心平面內(nèi)，作垂直于所述軸 線L的直線1，以直線1做軸線作過所述軸線1的平面族，為敘述方便用向量函數(shù)為= θ ( θ lk) (k = 1,2,……,w)表示，θ lk 為平面族 η = θ ( θ lk) (j = 1,2,……，m)中第 k 平面的特征角，θ lk由所選基準面和k的值決定，其中第k平面簡稱軸向平面elk;所述I運 動空間的中心平面是過I運動空間的中心點且垂直于I運動空間的軸線的平面。
(2)、構(gòu)造三個面的交點Clijk min 利用包絡(luò)面又、軸向平面θ u和徑向平面Uk構(gòu)造的這三個面的交點duk，根據(jù)交點 diJk到軸線L的距離I duk|的值為最小的原則確定交點duk min ；或者利用包絡(luò)面:i,、軸向平 面θ u和軸向平面θ 11;構(gòu)造的這三個面的交點dijk，根據(jù)交點dijk到I運動空間的中心的距 離|duk|的值為最小的原則確定交點dukmin。用圖解法或者解析法構(gòu)造三面相交的交點duk min。圖解法是利用三維軟件在計算機中首先構(gòu)造出包絡(luò)面又、軸向平面θ LJ和徑向 平面Uk ；其次繪制包絡(luò)面Z和軸向平面θ LJ的交線Iu、軸向平面θ LJ和徑向平面Uk的交線 Ijk、徑向平面uk和包絡(luò)面:i,的交線Iki ；第三繪制三條交線IijUjk和、相交產(chǎn)生的交點diJk， 包絡(luò)面族i = ](‘《,., ) (i = 1,2,……，η)與交線Ijk有η個交點；最后根據(jù)交點dijk到 軸線L的距離|duk|的值為最小的原則確定交點dukmin ；或者首先構(gòu)造出包絡(luò)面1、軸向平 面θ u和軸向平面θ lk ；其次繪制包絡(luò)面Z和軸向平面θ u的交線Iu、軸向平面θ u和軸向 平面θ lk的交線ljk、軸向平面θ 11;和包絡(luò)面Z的交線Iki ；第三繪制三條交線lu、Iik和Iki 相交產(chǎn)生的交點dijk，包絡(luò)面族[=2(減，《,_,M) (i = 1,2,……，η)與交線Ijk有η個交點； 最后根據(jù)交點duk到I運動空間的中心的距離|duk|的值為最小的原則確定交點dukmin。解析法是利用包絡(luò)面Z、軸向平面θ LJ和徑向平面uk構(gòu)造出nXmXw組方程組； 求解這些方程組的交點dijk的坐標值；然后求交點dijk到軸線L的距離IdijkI ；再根據(jù)交點 diJk到軸線L的距離I duk|的值為最小的原則確定交點duk min ；或者用包絡(luò)面A、軸向平面 θ LJ和軸向平面θ lk構(gòu)造出nXmXw組方程組；求解這些方程組的交點dijk的坐標值 ’然 后求交點dijk到I運動空間中心點的距離I dijk| ；根據(jù)交點dijk到I運動空間的中心的距離
diJk|的值為最小的原則確定交點dijkmin。(3)、構(gòu)造星輪齒的二次包絡(luò)面:L選取包絡(luò)面:i,、軸向平面θ u和徑向平面Uk或是包絡(luò)面2、軸向平面和另一 軸向平面θ lk中任意一個面，如軸向平面θ u，用光滑曲線按順序連結(jié)軸向平面中的所 有交點dijkmin(k= 1，2，……，W)，再連結(jié)軸向平面族= 1，2，……，m)中m條所述
的光滑曲線即構(gòu)造出空間共軛嚙合副的二次包絡(luò)面2。—種用三面共點構(gòu)造法構(gòu)造的單螺桿壓縮機的星輪，星輪齒包含前側(cè)面、后側(cè)面 和齒頂面，其特征在于星輪的二次包絡(luò)面:i,.分為前側(cè)包絡(luò)面、后側(cè)包絡(luò)面和齒頂包 絡(luò)面▲，用前側(cè)包絡(luò)面、軸向平面θ LJ和徑向平面Uk構(gòu)造星輪的前側(cè)面，用后側(cè)包絡(luò)面 ▲、軸向平面Θ。.和徑向平面Uk構(gòu)造星輪的后側(cè)面，用齒頂包絡(luò)面‘、軸向平面和軸 向平面θ lk構(gòu)造星輪的齒頂面。圖例說明1、

圖1為單螺桿壓縮機星輪及星輪齒剖面圖在圖Ia中，1為星輪，2為星輪齒的前側(cè)面，3為星輪齒齒頂面，4為星輪齒的后側(cè) 面。圖Ib中的左圖為星輪齒的橫剖面圖，圖中5為前側(cè)面的共軛接觸密封工作面，6為受壓 側(cè)瞬時接觸面，7為背壓側(cè)瞬時接觸面，10為后側(cè)面的共軛接觸密封工作面，11為受壓側(cè)瞬 時接觸面，12為背壓側(cè)瞬時接觸面，8為星輪齒的受壓面，9為星輪齒的背壓面。圖Ib中的 右圖為星輪齒的縱剖面圖，圖中13為齒頂共軛接觸密封工作面，14為齒頂受壓側(cè)瞬時接觸面，15為齒頂背壓側(cè)瞬時接觸面。2、圖2為三面共點構(gòu)造法的原理圖O-XYZ是星輪的空間坐標系，圖加中曲面A1-A2-A3-A4是前側(cè)包絡(luò)面或后側(cè) 包絡(luò)面，平面B1-B2-B3-B4是過軸線X或平行于軸線X的構(gòu)造面即軸向平面θ LJ,平面 C1-C2-C3-C4是垂直于軸線X的構(gòu)造面即徑向平面uk。圖2b中，曲面A1-A2-A3-A4是齒 頂包絡(luò)面，平面B1-B2-B3-B4是過軸線X或平行于軸線X的構(gòu)造面即軸向平面θ u，平面 D1-D2-D3-D4是過軸線Y的構(gòu)造面即軸向平面θ lk。3、圖3為用三面共點構(gòu)造法設(shè)計的空間共軛嚙合副圖中1為星輪，16為螺桿，17為螺桿軸，18為星輪軸，19為蝸輪，20為蝸桿。其中 圖3a為螺桿軸與星輪軸垂直交叉的單螺桿壓縮機嚙合副，圖北為螺桿軸與星輪軸傾斜交 叉的單螺桿壓縮機嚙合副，圖3c為環(huán)面蝸輪蝸桿嚙合副。4、圖4為用三面共點構(gòu)造法設(shè)計的單螺桿壓縮機1為星輪，16為螺桿，17為螺桿軸，21、22為端蓋，23為機殼，24為星輪支架。星輪
的型面使用三面共點構(gòu)造法生成。
具體實施例方式為了清楚理解本發(fā)明，用一個實施例進一步加以說明1、構(gòu)造圓柱面在螺桿上的一次包絡(luò)曲面B。在三個空間0、I、II表示的單螺桿壓縮機系統(tǒng)中，0代表的參考空間或靜止空間是 機體，I代表的運動空間是星輪，II代表的運動空間是螺桿。用一圓柱面做產(chǎn)形面代替星輪 的一個齒，星輪相對于機殼按灼運動，螺桿相對于機殼做外運動，/ ^ψχ ψι。圓柱產(chǎn)形面在 螺桿上包絡(luò)出一次包絡(luò)面B，一次包絡(luò)面B的向量函數(shù)為= Β{φ],η,ν{φλ,η))，滿足一次包 絡(luò)的嚙合方程N · V = 0，N為一次包絡(luò)面B上的一點的法向量，V為一次包絡(luò)面B上同一點 的相對運動速度。2、用三面共點構(gòu)造法構(gòu)造二次包絡(luò)面B再用螺桿上的一次包絡(luò)面B做產(chǎn)形面，相對于機體按Φ2運動，星輪相對于機體做 運動J =於/A =^l /^2，一次包絡(luò)面B在星輪上包絡(luò)出二次包絡(luò)面2，二次包絡(luò)面2的函
數(shù)為廠=2(病,釣，Μ)，顯然用二次包絡(luò)面2的函數(shù)F = 2(於,釣,Μ)在計算機系統(tǒng)中直接生成二 次包絡(luò)面的型面是困難的。因此，用圖加和圖2b所述的三面共點構(gòu)造法在星輪的坐標空 間中，構(gòu)造函數(shù)孑=,釣，M)的型面2 根據(jù)圖la，星輪齒的嚙合型面分為前側(cè)面、后側(cè)面和齒頂面，具體涉及到前側(cè)面、 后側(cè)面和齒頂面的包絡(luò)面Z時則是前側(cè)包絡(luò)面^i9,、后側(cè)包絡(luò)面‘和齒頂包絡(luò)面‘。首先 用三面共點構(gòu)造法構(gòu)造星輪齒的前側(cè)面和后側(cè)面(1)、構(gòu)造前側(cè)包絡(luò)面或后側(cè)包絡(luò)面丄,· Μψχ = (i = 1，2，……，η)，由二次 包絡(luò)面2的向量函數(shù)廠=硃,釣,μ)在星輪空間中生成用向量函數(shù)族& = A^ai,u) (i = 1， 2，……，η)表示的η個包絡(luò)面，其中第i包絡(luò)面簡稱前側(cè)包絡(luò)面或后側(cè)包絡(luò)面即圖 2a 中的曲面 A1-A2-A3-A4。O)、構(gòu)造軸向平面以所述星輪和螺桿的中心的連線(a)或平行于星輪和螺桿中心的連線的一條直線(b)做軸線L作同軸平面族，為敘述方便用向量函數(shù)為rj = θ ( θ LJ) (j = 1,2,……，m)表示，θ LJ為平面族r」=θ (θ LJ) (j = 1,2,……，m)中第j 平面的特征角，θ。.由所選基準面和j的值決定，其中第j平面簡稱軸向平面即圖加 中的平面Β1-Β2-Β3-Β4。(3)、構(gòu)造徑向平面Uk 作垂直于軸線L的平面族，為敘述方便用向量函數(shù)為= u (uk) (k = 1,2,……，W)表示，Uk為平面族= U(Uk) (k = 1，2，……，W)中第k平面與 軸線L的交點沿軸線L到星輪或螺桿坐標平面的距離，其中第k平面簡稱徑向平面Uk即圖 2a 中的平面 C1-C2-C3-C4。(4)、構(gòu)造包絡(luò)面、軸向平面θ LJ和徑向平面uk的交點duk min 構(gòu)造所述前側(cè)面 的交點duk min使用前側(cè)包絡(luò)面、軸向平面θ LJ和徑向平面uk，構(gòu)造所述后側(cè)面的交點dijk min使用后側(cè)包絡(luò)面:iA,、軸向平面和徑向平面Uk。構(gòu)造交點dukmin有兩種方法，即圖解 法和解析法。圖解法以構(gòu)造星輪齒的前側(cè)面的交點duk min為例，首先在計算機系統(tǒng)中，構(gòu)造出 前前側(cè)包絡(luò)面Zi,或后側(cè)包絡(luò)面、軸向平面θ LJ和徑向平面Uk ；其次繪制前側(cè)包絡(luò)面 或后側(cè)包絡(luò)面Iw和軸向平面的交線軸向平面和徑向平面 的交線、徑向 平面Uk和前側(cè)包絡(luò)面I或后側(cè)包絡(luò)面I,的交線Iki ；第三繪制三條交線‘和Iki相交 的交點dijk，包絡(luò)面& =(病,ι/)族(i = 1,2,……，η)與交線Ijk有η個交點；最后根據(jù) 沿交線‘到軸線L的距離|duk|的值為最小的原則確定交點dukmin，該點即為二次包絡(luò)面 2上的所求之點，這樣的交點有mXw個。解析法用前側(cè)包絡(luò)面或后側(cè)包絡(luò)面、軸向平面θ LJ和徑向平面Uk構(gòu)造出 nXmXw組方程組；求解這些方程組求出在星輪中的交點dijk的坐標值；然后求交點dijk到 軸線L的距離IdijkI ；再根據(jù)IdijkI為最小值的原則確定交點dijkmin，交點dijkmin即為所求 之點，這樣的交點有mXw個。(5)、構(gòu)造星輪齒的二次包絡(luò)面2 同樣以構(gòu)造星輪齒的前側(cè)面為例，選取前側(cè)包絡(luò) 面、軸向平面θ u和徑向平面Uk中任意一個面，如軸向平面θ u，用光滑曲線按順序連 結(jié)軸向平面θ。_中的所有交點dijkmin(k = 1，2，……，W)，再連結(jié)軸向平面族eu(j = i， 2，……，m)中m條所述的光滑曲線即構(gòu)造出二次包絡(luò)面A。其次用三面共點構(gòu)造法構(gòu)造星輪齒的齒頂面(1)、構(gòu)造星輪齒頂包絡(luò)面Μ-Ψχ = ,· (i = 1,2,……，η)，由二次包絡(luò)面2的向 量函數(shù)孑=^i(病，灼,《)在星輪空間中生成用向量函數(shù)族i = 病，fl,_,M) (i = 1,2,……，η) 表示的η個包絡(luò)面，其中第i包絡(luò)面簡稱包絡(luò)面:即圖2b中的曲面A1-A2-A3-A4。O)、構(gòu)造軸向平面以所述星輪和螺桿的中心的連線(a)或平行于星輪和 螺桿中心的連線的一條直線(b)做軸線L作同軸平面族，為敘述方便用向量函數(shù)為rj = θ ( θ LJ) (j = 1,2,……，m)表示，θ LJ為平面族r」=θ (θ LJ) (j = 1,2,……，m)中第j 平面的特征角，θ。.由所選基準面和j的值決定，其中第j平面簡稱軸向平面θ u即圖2b 中的 B1-B2-B3-B4。(3)、構(gòu)造另一軸向平面θ lk:在星輪的中心平面內(nèi)，作垂直于所述軸線L的直線1， 以直線1做軸線作過所述軸線1的平面族，為敘述方便用向量函數(shù)為!"k= θ (0lk) (k=i,2，……,w)表示，θ lk為平面族η = θ ( θ lk) (j = 1,2,……，m)中第k平面的特征角，6lk 由所選基準面和k的值決定，其中第k平面簡稱軸向平面θ lk即圖2b中的D1-D2-D3-D4。 所述星輪的中心平面是過星輪的中心點且垂直于星輪軸的平面。(4)、構(gòu)造包絡(luò)面、軸向平面θ LJ和另一軸向平面θ lk的交點dijk min 構(gòu)造交點 diJk min有兩種方法，即圖解法和解析法。圖解法首先在計算機系統(tǒng)中，構(gòu)造出齒頂包絡(luò)面Zi,、軸向平面θ LJ和另一軸向 平面θ lk ；其次繪制包絡(luò)面Zi和軸向平面θ u的交線Iu、軸向平面θ u和另一軸向平面elk 的交線Ijk、軸向平面θ 11;和包絡(luò)面I的交線Iki ；第三繪制三條交線IijUjk和Iki相交產(chǎn)生 交點dijk，包絡(luò)面族i = (於，fl,.,w) (i = 1,2,……，η)與交線Ijk有η個交點；最后根據(jù)沿 交線‘到星輪中心的距離|duk|的值為最小的原則確定交點dukmin，該點即為二次包絡(luò)面 ？上的所求之點，這樣的交點有mXw個。解析法同樣，用齒頂包絡(luò)面Zi、軸向平面和和另一軸向平面9lk構(gòu)造出 nXmXw組方程組；求解這些方程組求出在星輪中的交點dijk的坐標值；然后求交點dijk到 星輪中心的距離IdijkI ；再比較確定IdijkI為最小值的交點dijkmin，交點dijkmin即為所求之 點，這樣的交點有mX W個。(5)、構(gòu)造星輪齒的二次包絡(luò)面2 選取齒頂包絡(luò)面Zi、軸向平面θ LJ和另一軸向 平面θ lk中任意一個面，如軸向平面θ u，用光滑曲線按順序連結(jié)軸向平面θ w中的所有交 點dijkmin(k= 1,2,……，W)，再連結(jié)軸向平面族(j = 1,2,……，m)中m條所述的光 滑曲線即構(gòu)造出二次包絡(luò)面3。最后，利用以上步驟構(gòu)造的星輪齒的前側(cè)面、后側(cè)面和齒頂面，應(yīng)用三維軟件繪制 出星輪的實體模型。應(yīng)用三面共點構(gòu)造法設(shè)計空間共軛嚙合副的星輪或蝸輪，能一次生成圖Ia中前 側(cè)面的共軛接觸密封工作面5、受壓側(cè)瞬時接觸面6和背壓側(cè)瞬時接觸面7，后側(cè)面的共軛 接觸密封工作面10、受壓側(cè)瞬時接觸面11和背壓側(cè)瞬時接觸面12，齒頂面的共軛接觸密封 工作面13、受壓側(cè)瞬時接觸面14和背壓側(cè)瞬時接觸面15，星輪齒的型面同螺桿的型面是完 全共軛嚙合的，克服了專機包絡(luò)由機械誤差帶來的精度問題，采用四坐標或五坐標聯(lián)動機 床加工，其精度完全可控在微米級。降低了加工難度，提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本，適 合于大批量生產(chǎn)。本發(fā)明的本質(zhì)是通過構(gòu)造兩個輔助平面同二次包絡(luò)面三面相交產(chǎn)生交點，并利用 最小距離原理確定交點在空間共軛嚙合副的二次包絡(luò)型面上，此方法不僅僅用于構(gòu)造單螺 桿壓縮機的星輪，它具有廣泛的適用性，能應(yīng)用于機械設(shè)計或機械制造中的刀具、磨具、磨 輪；材料成形中的擠輪、軋輥、模具；機械傳動中的凸輪、齒輪、蝸輪蝸桿和環(huán)面蝸輪蝸桿； 流體機械中的單螺桿壓縮機、單螺桿膨脹機、螺桿壓縮機和泵類；精密儀器儀表、共軛嚙合 的機構(gòu)以及其它需要共軛嚙合的裝置等各個行業(yè)和領(lǐng)域。
權(quán)利要求
1.一種三面共點構(gòu)造法，包含三個空間0、I、II的機械系統(tǒng)，其中0代表參考空間或靜 止空間，I、II代表運動空間，在I運動空間的向量函數(shù)為T1 = A(u, ν)的產(chǎn)形面Α，相對于 0參考空間按約運動，II運動空間相對于0參考空間做外運動，/ = φι /φ2，產(chǎn)形面A在II運 動空間中包絡(luò)生成一次包絡(luò)面B，一次包絡(luò)面B的向量函數(shù)為r2 =5(豹，m,V(釣，M))；包含用 一次包絡(luò)面B做產(chǎn)形面的II運動空間，相對于0參考空間按Φ2運動，I運動空間相對于0 參考空間做小工運動，/ = A/么=釣/灼，一次包絡(luò)面B在I運動空間中包絡(luò)出二次包絡(luò)面 A，次包絡(luò)面: 的向量函數(shù)為^“=(病,釣，幻。其特征在于構(gòu)造二次包絡(luò)面:i用如下方法(1)、構(gòu)造三個面構(gòu)造包絡(luò)面Z 根據(jù)二次包絡(luò)面:i的向量函數(shù)廠=3(疼，灼,Μ)，取灼=A (i = 1， 2，……，n)，獲得二次包絡(luò)面I的向量函數(shù)族。=2(病,…,《) (i = 1,2,……，η)表示的η 個包絡(luò)面，其中第i包絡(luò)面簡稱包絡(luò)面:構(gòu)造軸向平面θ u 以所述I運動空間和II運動空間的中心的連線(a)或平行于I運 動空間和II運動空間中心的連線的一條直線(b)做軸線L作同軸平面族，為敘述方便用 向量函數(shù)為r」=θ (θ LJ) (j = 1,2,……，m)表示，θ LJ為平面族rj = θ (θ LJ) (j = 1， 2，……，m)中第j平面的特征角，θ LJ由所選基準面和j的值決定，其中第j平面簡稱軸 向平面θ…構(gòu)造徑向平面uk或構(gòu)造另一軸向平面θ lk 作垂直于所述軸線L的平面族，為敘述方便 用向量函數(shù)為rk = u(uk) (k = 1,2,……，w)表示，Uk為平面族rk = u (uk) (k = 1,2,……， w)中第k平面與軸線L的交點沿軸線L到I運動空間或II運動空間坐標平面的距離，其 中第k平面簡稱徑向平面Uk ；或者在I運動空間的中心平面內(nèi)，作垂直于所述軸線L的直線 1，以直線1做軸線作過所述軸線1的平面族，為敘述方便用向量函數(shù)為4= θ ( θ lk) (k = 1,2,……’ w)表示，9lk為平面族I^k= θ (0lk) (j = 1,2,……，m)中第k平面的特征角， θ lk由所選基準面和k的值決定，其中第k平面簡稱軸向平面θ lk ；所述I運動空間的中心 平面是過I運動空間的中心點且垂直于I運動空間的軸線的平面。(2)、構(gòu)造三個面的公共交點dijkmin 利用包絡(luò)面1、軸向平面θ u和徑向平面uk構(gòu)造的這三個面的公共交點duk，根據(jù)公共 交點duk到軸線L的距離I duk|的值為最小的原則確定公共交點duk min ；或者利用包絡(luò)面 、軸向平面θ u和軸向平面9lk構(gòu)造的這三個面的公共交點duk，根據(jù)公共交點duk到I 運動空間的中心的距離|duk|的值為最小的原則確定公共交點dukmin;(3)、構(gòu)造星輪齒的二次包絡(luò)面I選取包絡(luò)面:i,、軸向平面θ u和徑向平面Uk或是包絡(luò)面:i,、軸向平面θ u和另一軸向 平面θ lk中任意一個面，如軸向平面θ u，用光滑曲線按順序連結(jié)軸向平面θ w中的所有交 點dijkmin(k= 1，2，……，w)，再連結(jié)軸向平面族= 1，2，……，m)中m條所述的光 滑曲線即構(gòu)造出空間共軛嚙合副的二次包絡(luò)面:i。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三面共點構(gòu)造法，其特征在于用圖解法或者解析法構(gòu)造三 面相交的公共交點duk min。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的三面共點構(gòu)造法，其特征在于圖解法是利用三維軟件在計 算機中首先構(gòu)造出包絡(luò)面:i,、軸向平面θu和徑向平面Uk;其次繪制包絡(luò)面:i,.和軸向平面Θ。.的交線1U、軸向平面θw和徑向平面 的交線、徑向平面 和包絡(luò)面i,的交線 Iki ；第三繪制三條交線lij、Ijk和Iki相交產(chǎn)生的公共交點Clijk，包絡(luò)面族[=](‘&，《) (i =1,2,……，η)與交線Ijk有η個交點；最后根據(jù)公共交點dijk到軸線L的距離|dijk|的 值為最小的原則確定公共交點duk min ；或者首先構(gòu)造出包絡(luò)面:i,.、軸向平面θ u和軸向平面 θ lk ；其次繪制包絡(luò)面1和軸向平面θ LJ的交線軸向平面θ LJ和軸向平面θ lk的交線 Ijk、軸向平面θ 11;和包絡(luò)面Z的交線Iki ；第三繪制三條交線1U、Ijk和Iki相交產(chǎn)生的公共 交點Clijk，包絡(luò)面族& = ](‘&, ) (i = 1,2,……，η)與交線Ijk有η個交點；最后根據(jù)公 共交點duk到I運動空間的中心的距離|duk|的值為最小的原則確定公共交點dukmin。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的三面共點構(gòu)造法，其特征在于解析法是利用包絡(luò)面2,、軸向 平面和徑向平面Uk構(gòu)造出nXmXw組方程組；求解這些方程組的交點(Iijk的坐標值 ’然 后求交點dijk到軸線L的距離|dijk| ；再根據(jù)交點dijk到軸線L的距離|dijk|的值為最小的 原則確定公共交點dukmin;或者用包絡(luò)面1、軸向平面θ w和軸向平面0lk構(gòu)造出nxmxw 組方程組；求解這些方程組的交點dijk的坐標值；然后求交點dijk到I運動空間中心點的距 離IdukI ；根據(jù)交點duk到I運動空間的中心的距離|duk|的值為最小的原則確定公共交點dijk min0
5.一種用三面共點構(gòu)造法構(gòu)造的單螺桿壓縮機的星輪，星輪齒包含前側(cè)面、后側(cè)面和 齒頂面，其特征在于星輪的二次包絡(luò)面:^分為前側(cè)包絡(luò)面^,·、后側(cè)包絡(luò)面和齒頂包絡(luò) 面:,用前側(cè)包絡(luò)面、軸向平面θ LJ和徑向平面Uk構(gòu)造星輪的前側(cè)面，用后側(cè)包絡(luò)面 ▲、軸向平面θ u和徑向平面Uk構(gòu)造星輪的后側(cè)面，用齒頂包絡(luò)面‘、軸向平面和軸 向平面θ lk構(gòu)造星輪的齒頂面。
全文摘要
星輪(1)包含星輪齒的前側(cè)面(2)，齒頂面(3)和后側(cè)面(4)。其特征在于該星輪齒的前側(cè)面、后側(cè)面和齒頂面采用三面共點構(gòu)造法生成，所述的三面共點構(gòu)造法是用前側(cè)包絡(luò)面軸向平面θLj和徑向平面uk構(gòu)造星輪的前側(cè)面，用后側(cè)包絡(luò)面軸向平面θLj和徑向平面uk構(gòu)造星輪的后側(cè)面，用齒頂包絡(luò)面軸向平面θLj和軸向平面θlk構(gòu)造星輪的齒頂面。
文檔編號F04C29/00GK102102670SQ20101027919
公開日2011年6月22日 申請日期2010年9月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月13日
發(fā)明者李錦上 申請人:李錦上