專利名稱：雙橢圓產形面二次包絡型線單螺桿壓縮機的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種單螺桿壓縮機，屬于壓縮機領域，特別涉及動力(如空氣壓縮機、 單螺桿膨脹機)、制冷和工藝(如各種化工氣體壓縮機)等用途的雙橢圓產形面二次包絡型 線單螺桿壓縮機。
背景技術：
單螺桿壓縮機包含一根螺桿、兩個星輪以及一機體，所述螺桿由螺桿軸經軸承支 承在機體內，兩星輪分布在螺桿兩邊同螺桿嚙合，星輪由星輪軸經軸承支承在同一機體內。單螺桿壓縮機是法國人Zimmern于1960年發(fā)明的，最初的型線是直線型，1975年 Zimmern又提出了圓柱(圓臺)型。后來，經多次演變，出現的“直線二次包絡型”型線和 “圓柱(圓臺)型二次包絡型”型線等都是Zimmern兩類型線的改進。單螺桿壓縮機的單螺桿嚙合副是空間交錯軸嚙合副，其理論非常復雜，特別是嚙 合方程的求解困擾世界一個多世紀，目前常用的解法如運動解法等并不精確。由于理論研 究的嚴重滯后，人們對空間嚙合理論的認識還停留在表象，很多觀點只是一種推測或者說 是猜測，經不起檢驗。正因為存在這樣那樣的問題，單螺桿壓縮機發(fā)明已六十年，還是走不出Zimmern 劃定的“直線包絡型”和“圓柱(圓臺)包絡型”的范圍和圈圈，型線理論研究一直沒有大 的進展和突破。艾赫威(北京)科技有限公司的工程師李錦上先生在空間嚙合理論研究取得三個 方面的重大進展其一是定義了空間嚙合基本定理在任何包含參考空間或靜止空間0，運動空間I 和II的三空間嚙合傳動系統(tǒng)中，總有兩個瞬心存在于0參考空間內，并且I、II運動空間內 的兩共軛嚙合面之間嚙合傳動的任何瞬時的接觸點的公法線同兩瞬心的連線(即瞬軸線) 相交。其二是找到了空間嚙合傳動系統(tǒng)的嚙合方程V · N = 0的新解法(從略)。其三是發(fā)明了空間嚙合副二次包絡面的三面共點構造法通過構造兩個輔助平面 族同滿足空間嚙合規(guī)律的二次包絡面族相交產生交點，根據交點至特定基準的最短距離點 一定在二次包絡面上的原則確定的點構造空間嚙合副二次包絡型面。這三大科研成果構成新的空間嚙合理論體系，是目前世界上這一領域的最高成 就
發(fā)明內容
由于有了理論的突破，研究空間嚙合副的過程就比較容易或者說比較簡單，產生 科研成果也很多，本發(fā)明公開的“雙橢圓產形面二次包絡型線單螺桿壓縮機”是這一系列成 果中的一個具體實施例之一，其技術方案是這樣實現的一種單螺桿壓縮機，包含一根螺桿、兩個星輪以及一機體，所述螺桿由螺桿軸經軸承支承在機體內，兩星輪分布在螺桿兩邊同螺桿嚙合，星輪由星輪軸經軸承支承在同一機 體內。其特征在于至少螺桿螺槽的兩個側面是雙橢圓產形面包絡螺桿的一次包絡面，星輪 齒的嚙合面是螺桿螺槽面的二次包絡面。雙橢圓產形面是在一個三維空間坐標系的XOY平面內，取X軸正方向上距原點0 為Xtl的一定點O1,以O1為中心沿X軸畫長軸為Utl，另短軸取Vtl的一條橢圓弧M1，過O1作垂 直XOY平面的軸O1Q,在XO1Q平面內，取X軸正方向上距點O1為Etl-U的一定點為02，以O2為 中心沿X軸畫長軸為U,另短軸取V的另一橢圓弧M2,點P是M2上的一定點。當XO1Q平面 繞軸O1Q旋轉時，橢圓弧M2上的定點P在禮上移動，橢圓弧M2掃描生成的曲面；或者是，橢 圓弧M2繞X軸旋轉得橢球面眾2 ,點>是眾2上的一定點，當XO1Q平面繞軸O1Q旋轉時，橢球面 A2上的定點戶在M1上移動，橢球面眾2包絡生成的曲面。雙橢圓產形面的參數方程為χ = X0+ (U0+Ucos α ) COS βy = (V0+Ucosa )sin^ζ = Vsina雙橢圓產形面繞X軸旋轉δ角度，繞Y軸旋轉Y角度，雙橢圓產形面的參數方程 即為X = X0+ (U0+Ucos a ) COS βy = y0+ ((V0+Ucos a ) sin β ) cos δ -Vsin a sin δζ = Z0+(x0+(U0 + Ucos a ) cos β ) tan γ + ( (V0+Ucos a ) s in β ) s in δ / cos y +Vsin a cos δ /cos y。雙橢圓產形面繞X軸轉角不超出-5° < δ <5°，繞Y軸轉角不超出-5° < γ < 5°。螺桿螺槽由兩個側面構成，兩側面之間向槽底收縮最后相交，對應的星輪齒嚙合 面的兩個齒側面之間的寬度從齒根部到齒頂部逐漸變小最后為零?；蛘呤锹輻U螺槽由三個 面構成，兩側面之間的距離向槽底收縮，到底面相交處最窄，對應的星輪齒嚙合面的兩個齒 側面之間的寬度從齒根部到齒頂部逐漸變小，到與齒頂面相交處最小。螺桿的頭數與星輪的齒數取最佳比值4 7。雙橢圓產形面二次包絡型線單螺桿壓縮機的螺桿和星輪的嚙合型面用車銑復合 加工中心或五軸聯(lián)動的機床銑削或磨削加工。圖例說明如

圖1為雙橢圓產形面的形成圖圖中3為雙橢圓產形面。如圖2為雙橢圓產形面包絡螺桿槽面的原理圖圖中1為有4個槽的螺桿，3為雙 橢圓產形面，4為星輪的中心平面內的一圓。如圖3右邊是雙橢圓產形面包絡位于中間的螺桿生成螺桿的螺槽面，左邊是位于 中間的螺桿的螺槽面包絡星輪生成星輪齒的嚙合面的原理圖圖中1為有4個槽的螺桿，2 為有7個齒的星輪，3為雙橢圓產形面，4為星輪的中心平面內的一圓。如圖4為用三面共點構造法構造星輪齒嚙合面的原理圖圖中6為輔助平面AB⑶ 和輔助平面EFGH與包絡面IJKL的交點，4為星輪的中心平面內的一圓。 如圖5a為雙橢圓產形面二次包絡型線單螺桿壓縮機的星輪，圖中星輪2具有7個齒，每個齒有前側面8和后側面9 ；如圖5b為雙橢圓產形面二次包絡型線單螺桿壓縮機的 另一種星輪，圖中星輪2具有7個齒，每個齒有前側面8、后側面9和齒頂面10。它們有一 共同特點就是齒根部比齒頂部大，如圖5a中的齒頂部兩側面最后相交，如圖5b中的齒頂部 兩側面與齒頂部相交，相交處兩側面間的距離最小。
具體實施例方式如圖1所示，在一個三維空間坐標系的XOY平面內，取X軸正方向上距原點0的 X0 = 59mm的一定點O1,以O1為中心沿X軸畫長軸U0 = 49mm、平行Y軸方向畫短軸V。= 24. 5mm的一橢圓弧M1，過O1作垂直XOY平面的軸O1Q,在XO1Q平面內，取X軸正方向上距點 O1的Etl-U = 39mm(E0為嚙入深度)的一定點為02，以O2為中心沿X軸畫長軸U = 10mm、垂 直O(jiān)2X畫短軸V = 4mm的另一橢圓弧M2,點P是M2上的一定點。當XO1Q平面繞軸O1Q旋轉 時，橢圓弧M2上的定點P在M1上移動，橢圓弧M2掃描生成雙橢圓產形面A。如圖2在一個包含三個空間0、I、II的單螺桿嚙合傳動系統(tǒng)中，其中0代表參考空 間或靜止空間，I代表星輪的運動空間，II代表螺桿的運動空間，I運動空間和II運動空間 的中心距為159mm，星輪的半徑為108mm，螺桿的半徑為100mm，螺桿的頭數與星輪齒數比是 4 7。以雙橢圓產形面3代替星輪齒的嚙合面，雙橢圓產形面3繞X軸轉角不超出-5° < δ <5°，繞Y軸轉角不超出-5° < Y < 5°，且雙橢圓產形面3的坐標空間與星輪的 運動空間的原點重合，按單螺桿嚙合副的運動規(guī)律做空間嚙合運動，雙橢圓產形面3在螺 桿上包絡出螺槽曲面B。然后如圖3所示以螺槽曲面B做產形面，按單螺桿嚙合副的運動規(guī) 律做空間嚙合運動，螺槽曲面B包絡出星輪齒的嚙合面A-。經二次包絡生成的單螺桿嚙合副，螺桿的螺槽曲面至少由兩個側面構成，螺槽的 兩側面之間向槽底收縮最后相交，對應的星輪齒的嚙合面也由兩個齒側面構成，兩個齒側 面之間的寬度從齒根部到齒頂部逐漸變小最后為零；或者是螺槽的兩側面之間向槽底收 縮，兩側面之間的距離到與底面相交處最小，對應的星輪齒的兩個嚙合側面之間的寬度從 齒根部到齒頂部逐漸變小，到與齒頂的相交處最小。星輪齒的嚙合面由三個包絡面組合而成，一個起密封作用的共軛接觸密封工作 面、一個受壓側瞬時接觸面和一個背壓側瞬時接觸面，起密封作用的共軛接觸密封工作面 的嚙合線在不大于0. 2mm寬度的嚙合面內移動。受壓側瞬時接觸面和背壓側瞬時接觸面上 的兩條不同時接觸的嚙合線同上述嚙合線成σ <90°的夾角，這兩條瞬時接觸線能分擔 共軛接觸密封工作面上的壓力，減少密封工作面的磨損。雙橢圓產形面二次包絡型線單螺桿嚙合副的發(fā)明是在空間嚙合理論研究取得重 大突破后實現的，很好地解決了單螺桿嚙合副的氣密性、耐磨性和加工工藝性等三大問題。 具有如下顯著的特點(1)、一條在二次包絡面的密封面或稱工作面上移動量非常小的接觸線同一次包 絡面始終接觸保證了接觸面的氣密性；(2)、二次包絡面的密封面或稱工作面兩邊的型面上同一次包絡面具有不同時接 觸的移動接觸線，分散了密封面或稱工作面上的接觸壓力，星輪齒兩側面之間的氣體壓差 小，星輪齒受力均衡，保證了接觸面的耐磨性；(3)、嚙合副的型面能在車銑復合加工中心或五軸聯(lián)動機床上高效銑削和磨削加工，不再依賴滾切 法加工，能大幅降低加工難度、提高加工精度、提高生產效率、縮短生產時 間、減少生產成本。(4)、克服了直線型產形面二次包絡型線單螺桿嚙合副的星輪齒前側面與齒頂面 的棱角處極易產生根切而快速磨損而失效的缺點。(5)、用金屬星輪能在100°C以上較大溫度范圍運行，克服了直線型產形面二次包 絡型線單螺桿嚙合副金屬星輪因熱膨脹系數大，容易出現咬死現象的缺點。(6)、本方案公開的嚙合結構裝配時對誤差不敏感，降低了星輪與螺桿裝配和維修 更換的難度。以上內容描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和實現方式，本行業(yè)的專業(yè)技術人 員應該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中的描述只是說明本發(fā) 明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下本發(fā)明還會有各種參數和尺寸的變化和改 進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明的范圍內，本發(fā)明要求保護范圍由所附的技 術方案、權利要求書及等同物界定。
權利要求
1.一種單螺桿壓縮機，包含一根螺桿、兩個星輪以及一機體，所述螺桿由螺桿軸經軸承 支承在機體內，兩星輪分布在螺桿兩邊同螺桿嚙合，星輪由星輪軸經軸承支承在同一機體 內。其特征在于螺桿螺槽由兩個側面或兩個側面和一個底面構成，至少螺桿的兩個螺槽側 面是雙橢圓產形面代替星輪齒的嚙合面按照單螺桿壓縮機的空間嚙合規(guī)律包絡螺桿的一 次包絡面，星輪齒的嚙合面是螺桿螺槽面的二次包絡面；所述雙橢圓產形面是在一個三維空間坐標系的XOY平面內，取X軸正方向上距原點O 為Xtl的一定點O1，以O1為中心沿X軸畫長軸為Utl，垂直O(jiān)1X畫短軸為Vtl的一條橢圓弧M1, 過O1作垂直XOY平面的軸O1Q,在XO1Q平面內，取X軸正方向上距點O1為Etl-U的一定點為 O2,以O2為中心沿X軸畫長軸為U，垂直O(jiān)2X畫短軸為V的另一橢圓弧M2,點P是M2上的一 定點，當XO1Q平面繞軸O1Q旋轉時，橢圓弧M2上的定點P在M1上移動，橢圓弧M2掃描生成 的曲面；或者是，橢圓弧M2繞X軸旋轉得橢球面眾2，點盧是A2上的一定點，當XO1Q平面繞 軸O1Q旋轉時，橢球面眾2上的定點盧在M1上移動，橢球面A2包絡生成的曲面；雙橢圓產形面的參數方程為χ = X0+ (U0+Ucos α ) cos βy = (V0+Ucos α ) sin βζ = Vsin α ；雙橢圓產形面繞X軸旋轉S角度，繞Y軸旋轉Y角度，雙橢圓產形面的參數方程即為χ = X0+ (U0+Ucos α ) cos βy = y0+ ((V0+Ucos α ) sin β ) cos δ -Vsin α sin δζ = z0+(x0+(U0 + Ucosa)cos3)tany+((V0 + Ucosa)sin3)sin3/ cos γ +Vsin a cos δ /cos γ。
2.根據權利要求1所述的單螺桿壓縮機，其特征在于雙橢圓產形面繞X軸轉角δ不 超出-5° < δ < 5°，繞Y軸轉角Y不超出-5° < γ < 5°。
3.根據權利要求1所述的單螺桿壓縮機，其特征在于螺桿螺槽的兩側面之間向槽底 收縮最后相交，對應的星輪齒嚙合面的兩個齒側面之間的寬度從齒根部到齒頂部逐漸變小 最后為零。
4.根據權利要求1所述的單螺桿壓縮機，其特征在于螺桿螺槽的兩側面之間的距離 向槽底收縮，到與槽底面相交處最窄，對應的星輪齒嚙合面的兩個齒側面之間的寬度從齒 根部到齒頂部逐漸變小，到與齒頂面相交處最小。
5.根據權利要求1所述的單螺桿壓縮機，其特征在于螺桿的頭數與星輪的齒數取最 佳比值4 7。
全文摘要
一種單螺桿壓縮機，包含一根螺桿以及兩個星輪，所述兩星輪分布在螺桿兩邊同螺桿嚙合。其特征在于螺桿的螺槽面是代替星輪齒嚙合面的雙橢圓產形面按照空間嚙合規(guī)律包絡螺桿的一次包絡面，對應的星輪齒的嚙合面是螺桿的螺槽面包絡星輪的二次包絡面。螺桿的頭數與星輪的齒數之比是4∶7。
文檔編號F04C18/16GK102094819SQ20111005331
公開日2011年6月15日 申請日期2011年3月7日 優(yōu)先權日2011年3月7日
發(fā)明者李錦上 申請人:艾赫威(北京)科技有限公司