專利名稱：螺錐壓縮機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氣體壓縮機(jī)械、流體機(jī)械、通用機(jī)械領(lǐng)域，屬于一種用于可壓縮工質(zhì)的轉(zhuǎn)子式變?nèi)輽C(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
本發(fā)明基于容積式流體機(jī)械，如螺桿壓縮機(jī)、羅茨風(fēng)機(jī)、齒輪馬達(dá)。在此類技術(shù)基礎(chǔ)上建立一種能夠形成封閉區(qū)域的平面共軛曲線，由此曲線延展的三維曲面螺錐零件形成連續(xù)變化封閉空間，從而得到不同于其它流體機(jī)械的轉(zhuǎn)子式變?nèi)輽C(jī)構(gòu)
發(fā)明內(nèi)容

螺錐壓縮機(jī)構(gòu)由圖I所示，螺錐壓縮機(jī)有兩個螺旋曲面圓錐形轉(zhuǎn)子2、3 個雙內(nèi)錐面的外殼4，外殼上大端側(cè)面有一個進(jìn)氣口 ；一個壓氣出口 I與雙內(nèi)錐面外殼小端連接；一個同步箱10 ;輸入軸6 ;懸臂軸5 ;軸承蓋11、12等配件。同步箱中包括圓弧錐齒輪7、9 ；調(diào)整盤8。螺錐副零件由圖2所示，大端為進(jìn)氣方向，小端為壓氣出口。螺錐副的大端容積大、受力面大、力矩半徑大，但壓力低。螺錐副的小端壓力高、溫度也高，但容積小、受力面積小、力矩半徑小，故輸入軸功率不致增加很大。兩個螺錐零件不存在嚙合受力傳動，零件之間由氣隙隔離。兩個螺錐轉(zhuǎn)子之間的運(yùn)動關(guān)系由同步齒輪箱約束，兩個同步齒輪的周向角度位置關(guān)系由調(diào)整盤一次性定位，保證兩個齒輪的同步精度。同步箱中的同步齒輪強(qiáng)制約束兩個螺錐轉(zhuǎn)子的運(yùn)動關(guān)系，由于兩個螺錐轉(zhuǎn)子的軸線為交叉軸線，同步齒輪箱中的同步齒輪也須為交叉軸線且夾角相同。故同步齒輪采用圓弧錐齒輪，即格里森制齒輪。螺錐零件的基礎(chǔ)齒形來源于一對平面共軛曲線，見圖3。這一對共軛曲線和兩個交集的圓弧線構(gòu)成了在平面上的連續(xù)變化封閉區(qū)域。可以看出，三條曲線在交匯處是嚴(yán)密的，不存在螺桿壓縮機(jī)齒形曲線所固有的“泄漏三角形”問題。將平面上的共軛曲線和外包絡(luò)交集圓弧線由平面映射到一個基準(zhǔn)半徑球面上，形成球面上的連續(xù)變化封閉區(qū)域。兩組平面共軛曲線按照各自螺錐母線的函數(shù)規(guī)律分別向由基準(zhǔn)球面派生的有限多個同心不同半徑的衍生球面上映射，各自得到一簇曲線，由曲線簇所形成螺錐曲面，結(jié)果見圖2。兩螺錐母線形成的方法相同，其中一條螺錐母線的圖形見圖4，螺錐母線函數(shù)關(guān)系式如下X= a X 0 Xcos( 9 )y = a X 0 Xsin( 0 )z=^X0y
式中x、y、z為母線的坐標(biāo)點(diǎn)a為螺錐大端直徑系數(shù)0為螺錐旋轉(zhuǎn)角度值P為螺錐長度系數(shù)y為螺旋升角冪指數(shù)螺錐母線向x_y平面上的投影符合阿基米德螺線規(guī)律，Z- 0展開為冪指數(shù)關(guān)系。
得到螺錐母線的一簇平面坐標(biāo)點(diǎn)后，分別將曲線線按不同的球面半徑映射到相應(yīng)的一系列衍生球面上，即可得到球面基準(zhǔn)的螺錐零件外表面。為數(shù)控機(jī)床加工準(zhǔn)備了數(shù)據(jù)。平面曲線轉(zhuǎn)換為球面上的曲線需要進(jìn)行二次坐標(biāo)變換。圖4所示為在直角坐標(biāo)系中球面簇上的螺錐母線。


圖I為螺錐壓縮機(jī)構(gòu)的產(chǎn)品裝配圖。包括壓氣出口 I、凸齒螺錐2、凹槽螺錐3、雙內(nèi)錐面外殼4、凸齒螺錐的懸臂軸5、輸入軸6、圓錐小齒輪7、周向調(diào)整盤8、圓錐大齒輪9、同步箱箱體10、輸入軸承蓋11、懸臂軸承蓋12。以及角接觸球軸承、平鍵、螺栓等連接堅(jiān)固標(biāo)準(zhǔn)件。凹槽螺錐3為右手旋向，凸齒螺錐2為左手旋向。簽于螺錐零件小端空間結(jié)構(gòu)的原因，及高溫高壓條件下不宜應(yīng)用滾動軸承，固采用懸臂軸支承結(jié)構(gòu)。螺錐零件之間采用氣隙隔離，使之不發(fā)生接觸。兩個螺錐零件和雙內(nèi)錐外殼之間的氣隙能夠產(chǎn)生動壓潤滑效應(yīng)，支承螺錐轉(zhuǎn)子的徑向受力。兩個螺錐零件之間的周向位置精度和相互運(yùn)動關(guān)系由同步箱中的同步齒輪強(qiáng)制約束。由于機(jī)構(gòu)為交叉軸線，同步齒輪采用格里森制式的弧齒錐齒輪。同步齒輪的周向位置精度通過調(diào)整盤零件進(jìn)行精密調(diào)整。同步箱與雙內(nèi)錐外殼配合面為球面，其半徑為基準(zhǔn)球面的半徑。圖2為兩個螺錐零件的構(gòu)造和工作配合狀態(tài)。上側(cè)零件為凹槽螺錐，下側(cè)零件為凸齒螺錐。兩個螺錐呈交叉軸布局，兩個螺錐母線旋轉(zhuǎn)方向相反。圖示的凹槽螺錐為右手螺旋，凸齒螺錐為左手螺旋。圖3為共軛曲線所形成的構(gòu)成連續(xù)變化封閉空間的齒形曲線。左側(cè)為凸齒螺錐的齒形曲線，右側(cè)為凹槽螺錐的齒形曲線，橫8字形線為兩個齒形曲線外徑圓弧線的交集。圖4為凸齒螺錐的螺錐母線。按照螺錐母線的函數(shù)關(guān)系，由基準(zhǔn)球面上的齒形曲線所衍生的相同球心的齒形曲線簇形成了圖2所示的螺錐零件。
具體實(shí)施例方式螺錐零件的設(shè)計和制造要依托數(shù)字技術(shù)，計算機(jī)設(shè)計和數(shù)控機(jī)床加工。本發(fā)明除兩個螺錐零件和雙內(nèi)錐外殼零件，其余均采用傳統(tǒng)工藝加工制造。螺錐所用材料要求承受較高溫度環(huán)境，可采用耐熱合金鋼材料，也可采用精密結(jié)構(gòu)陶瓷材料。外殼材料應(yīng)與螺錐材料熱脹系數(shù)相同。
同步箱采用灰鑄鐵或者球墨鑄鐵材料，同步齒輪采用合金調(diào)質(zhì)鋼材料，軸采用優(yōu)質(zhì)碳素調(diào)質(zhì)鋼材料，壓氣出口采用耐熱鋼材料，其他零件可采用普碳結(jié)構(gòu)鋼材料。格里森制的齒輪的加工需要在專業(yè)廠用專用機(jī)床制造，鍛件坯料需要調(diào)質(zhì)處理，齒輪副零件需要配對研磨。齒面采用高頻淬火工藝。螺錐零件的制造工藝路線用鋁合金鑄造圓錐形模型毛坯；用五軸聯(lián)動數(shù)控中心加工兩個螺錐的陽模；以陽模為模型澆灌松香石蠟熔料；采用失蠟鑄造工藝鑄造鋼質(zhì)陰模；在陰模中注入結(jié)構(gòu)陶瓷粉料，用大噸位油壓機(jī)壓實(shí)；脫模后的瓷質(zhì)毛坯進(jìn)入窯爐燒結(jié)；燒結(jié)成型的瓷質(zhì)坯料裝卡在數(shù)控磨床上加工定位孔和中心軸孔；以五軸聯(lián)動數(shù)控中心用高速電動頭裝卡金剛石磨具加工曲面。以上為單件小批量工藝路線，大批量生產(chǎn)時不宜使用五軸聯(lián)動數(shù)控中心機(jī)床而應(yīng)使用專用機(jī)床。螺錐零件的檢測螺錐零件無法使用普通量具直接檢測，單件小批量生產(chǎn)可采用三坐標(biāo)測量儀進(jìn)行檢測。主要檢測內(nèi)容有基準(zhǔn)球面圓半徑；大端外徑；小端外徑；錐度；螺旋線；同軸度；曲面參數(shù)。特別是曲面參數(shù)，需要多組多點(diǎn)測試。大批量生產(chǎn)的檢測工序應(yīng) 該設(shè)計專用平臺和儀器。裝配工藝路線裝配工序需要在專用工藝裝備上進(jìn)行。首先裝配軸組件，包括軸、調(diào)整盤、齒輪、軸承、平鍵、螺錐。在裝配后的軸組件后進(jìn)行同步精度調(diào)整，調(diào)整過程在專用工藝裝備上借助光學(xué)工具顯微鏡進(jìn)行，以達(dá)到周向同步精度要求。調(diào)整完成后用永久高強(qiáng)度螺栓換下調(diào)整用預(yù)緊螺栓，并緊固到力矩要求。將軸組件安放到同步箱中，對準(zhǔn)定位標(biāo)記，把兩個同步箱殼體零件合攏。緊固螺栓至力矩要求。裝配軸承蓋。試車工藝路線將組裝完成的產(chǎn)品安裝在試車臺上，連接轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器和拖動電機(jī)；連接出口管路及儀表、閥門。低速運(yùn)轉(zhuǎn)電機(jī)至要求時段后，再調(diào)整運(yùn)轉(zhuǎn)電機(jī)至額定工況要求。測試記錄運(yùn)行數(shù)據(jù)壓力、溫度、工質(zhì)流量、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、振動、噪音等。單件、小批量試產(chǎn)可在機(jī)工實(shí)驗(yàn)室或試驗(yàn)車間進(jìn)行。
權(quán)利要求
1.一種螺錐轉(zhuǎn)子式變?nèi)輭嚎s機(jī)構(gòu)，其特征為兩個相向轉(zhuǎn)動的螺錐零件和雙內(nèi)錐外殼形成連續(xù)變化的封閉空間。
2.如權(quán)利要求I所述，其特征為兩個螺錐轉(zhuǎn)子的軸線呈交叉軸線，兩軸線的夾角為.8.0。至 40。角。
3.如權(quán)利要求I所述，其特征為兩個螺錐轉(zhuǎn)子之間不存在嚙合受力傳動，其相互運(yùn)動精度由同步齒輪箱約束。
4.如權(quán)利要求I所述，其特征為兩個螺錐的齒形曲線為分別映射到同一個基準(zhǔn)球面上的一種平面共軛曲線。該平面共軛曲線和外廓弧線在三條曲線的兩個交匯處不存在“泄漏三角形”。
5.如權(quán)利要求I所述，其特征為螺錐零件的螺錐母線符合下列函數(shù)關(guān)系X= a X 0 X cos ( 0 )y = a X 0 X sin ( 0 )z = 3 X 0 Y式中 x、y、z為母線的坐標(biāo)點(diǎn) a為螺錐大端直徑系數(shù) 0為螺錐旋轉(zhuǎn)角度值 ^為螺錐長度系數(shù) Y為螺旋母線升角冪指數(shù) 螺錐母線向x_y平面上的投影符合阿基米德螺線規(guī)律，Z-0展開為冪指數(shù)關(guān)系。其中Y指數(shù)的值為I. 0到2. 4。
6.如權(quán)利要求I所述，其特征為兩組齒形曲線以其基準(zhǔn)球面衍生出一系列不同半徑的球面曲線簇，球面曲線簇按螺錐母線函數(shù)關(guān)系和距離球心半徑的比例關(guān)系排列，從而分別形成兩個螺錐零件的表面曲面。
7.如權(quán)利要求I所述，其特征為兩個螺錐轉(zhuǎn)子軸的其中之一安裝周向調(diào)整盤零件，兩個同步齒輪的周向角度位置關(guān)系由調(diào)整盤一次性定位，保證兩個齒輪的同步精度。
8.如權(quán)利要求I所述，其特征為相互交叉軸線的兩個螺錐的軸采用懸臂結(jié)構(gòu)。
全文摘要
螺錐壓縮機(jī)構(gòu)由兩個螺錐轉(zhuǎn)子2、3、外殼4和同步齒輪箱10構(gòu)成。兩個螺錐轉(zhuǎn)子的軸5、6呈交叉軸線布置，并采用懸臂結(jié)構(gòu)由滾動軸承支承。兩個螺錐零件不存在嚙合受力傳動，零件之間由氣隙隔離。兩個螺錐轉(zhuǎn)子之間的運(yùn)動關(guān)系由同步齒輪約束，兩個同步齒輪7、9的周向位置精度由調(diào)整盤8定位。兩個螺錐的基準(zhǔn)球面曲線由某種共軛曲線形成，由一系列衍生球面曲線簇按螺錐母線的函數(shù)規(guī)律和衍生球面半徑比例關(guān)系，分別構(gòu)成兩個螺錐零件的曲面。在轉(zhuǎn)動時，兩個螺錐的曲面和外殼構(gòu)成連續(xù)變化的封閉空間。螺錐壓縮機(jī)的特點(diǎn)是螺錐副的大端容積大、受力面大、力矩半徑大，但工質(zhì)壓力低。工質(zhì)壓入螺錐副的小端時壓力變高，但容積變小、受力面積變小、力矩半徑變小，故驅(qū)動轉(zhuǎn)矩不致增加很大。
文檔編號F04C18/12GK102748283SQ201110101319
公開日2012年10月24日 申請日期2011年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月22日
發(fā)明者黃友鋼 申請人:黃友鋼