專利名稱：一種單螺桿壓縮機嚙合副的包絡(luò)齒型面的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機械零部件的結(jié)構(gòu)，特別是涉及一種單螺桿壓縮機嚙合副的齒型面結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
壓縮機廣泛應(yīng)用于鐵路、輪船、礦山、建筑、化工、紡織、冶金機械、軍工儀表、艦艇等行業(yè)。單螺桿壓縮機與往復式活寒壓縮機、雙螺桿壓縮機相比，具有結(jié)構(gòu)簡單、運轉(zhuǎn)可靠、 體積小、重量輕、噪音低等優(yōu)點。國外能生產(chǎn)單螺桿空壓機的有法、日、英、美、荷蘭等十余家公司，近年來我國一些廠家也開始生產(chǎn)單螺桿壓縮機，但其性能指標普遍不及進口產(chǎn)品。特別是在使用同樣材料的情況下，而日本星輪壽命是我國的2倍左右。目前，普遍認為這是由單螺桿壓縮機嚙合副的加工精度造成的差異。據(jù)中國壓縮機協(xié)會的不完全統(tǒng)計，2005年國內(nèi)整個單螺桿產(chǎn)品年產(chǎn)量約3000 4000臺，而雙螺桿壓縮機的年銷售量(國外公司的主機占70%以上)已達到80000 100000臺之多。上海的臺灣復盛公司是一家國際型壓縮機制造公司，現(xiàn)在一直以高價錢從日本三井公司購買單螺桿壓縮機的主機配備其輔機系統(tǒng)后供應(yīng)國內(nèi)外市場。因此，單螺桿壓縮機在國內(nèi)有巨大的發(fā)展空間。但星輪齒磨損快，使用壽命短的問題成了國內(nèi)二十多年來始終難以逾越的障礙。單螺桿壓縮機的核心部件是由螺桿、星輪構(gòu)成的嚙合副(

圖1)，它的加工是單螺桿壓縮機零件加工中難度最大的地方。而嚙合副的型線對加工方法和加工難度影響很大。 國外已公開的單螺桿壓縮機型線有直線包絡(luò)和圓柱包絡(luò)兩種。國內(nèi)曾有人提出二次包絡(luò)類型的型線，但均由于加工問題尚未實現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的問題是提供一種連續(xù)嚙合的星輪齒面和對應(yīng)的齒槽型面，可實現(xiàn)整個星輪齒側(cè)面能與螺桿齒槽面嚙合，且星輪齒面的嚙合區(qū)域是連續(xù)的一個整體。為達到以上目的，本發(fā)明是采取如下技術(shù)方案予以實現(xiàn)的—種單螺桿壓縮機嚙合副的包絡(luò)齒型面，包括星輪齒的側(cè)面和螺桿齒槽的側(cè)面， 其螺桿齒槽側(cè)面是星輪齒側(cè)面的包絡(luò)面，其特征在于嚙合副的星輪齒側(cè)面與螺桿齒槽側(cè)面的嚙合區(qū)域為連續(xù)嚙合曲面，星輪齒側(cè)面由連續(xù)嚙合曲面和非連續(xù)嚙合曲面兩種曲面組成，其連續(xù)嚙合曲面拓展至整個星輪齒側(cè)面大部分，非連續(xù)嚙合曲面只占據(jù)整個星輪齒側(cè)面的小部分；其中，連續(xù)嚙合曲面至少一個，除連續(xù)嚙合曲面之外的表面則是非連續(xù)嚙合曲面；在齒根位置，連續(xù)嚙合曲面寬度縮小為零；嚙合過程中，星輪齒側(cè)面與螺桿齒槽側(cè)面的接觸線在所有連續(xù)嚙合曲面內(nèi)移動；其中，與星輪齒垂直的平面Y和星輪齒側(cè)面的連續(xù)嚙合曲面相交形成交線，該交線在所述星輪齒垂直的平面內(nèi)的切線的特點為從該交線的上端點至下端點，切線與平行于星輪上、下表面的水平面λ的夾角是單調(diào)變化的；從該交線的上端點至下端點，其曲率是逐漸變化的。
上述方案中，所述從該交線的上端點至下端點，切線與平行于星輪上、下表面的水平面λ的夾角的取值范圍在按下式確定的范圍[Cimin，QmJ之內(nèi)a = atani _ C0S‘ _% 叫
Iv J2 -Pz2 Sin^sw J式中為星輪齒的轉(zhuǎn)角范圍，P為星輪的齒數(shù)與螺桿的槽數(shù)的比值，x2，y2，h為交線上某點的坐標；的轉(zhuǎn)角范圍是交線上的點能與螺桿齒槽面發(fā)生嚙合的星輪齒轉(zhuǎn)角的取值范圍，在這個范圍內(nèi)根據(jù)上式求取出α角的范圍[amin，QmaJ0所述的交線分為兩種，一種是連續(xù)嚙合曲面與垂直于星輪齒平面Y的交線Ly，另外一種是非連續(xù)嚙合曲面與垂直于星輪齒平面Y的交線Lf，兩種交線段在連續(xù)嚙合曲面和非連續(xù)嚙合曲面的交界處相互連接，所有交線段前后相連構(gòu)成星輪齒側(cè)面的一整條交線； 在與星輪齒垂直的平面Y過同一個連接點分別作前述兩部分交線的切線，并將Lf的切線與水平面X2-02-Y2的夾角記作ajf，將Ly的切線與水平面X2_02_Y2的夾角記作ajY，定義Z2軸的正方向為上方，Z2軸的負方向為下方，對于齒后側(cè)，若Ly在Lf的下方，則在它們的交點處，ajf彡aJy ；若1^在1^的上方，則在它們的交點處，彡ajf ；對于齒前側(cè)，若 Ly在Lf交線的下方，則在它們的交點處，彡Cijf ；若Ly在Lf的上方，則在它們的交點處，aJf 彡 ajY。所述平行于星輪上、下表面的水平面λ與星輪齒側(cè)面相交形成另一條交線，該交線分為兩部分，一部分為平面λ與連續(xù)嚙合曲面的交線La，另一部分為平面λ與非連續(xù)嚙合曲面的交線Lg，在平面λ內(nèi)過交線La上任意點B作交線La的切線，該切線與豎直平面Χ2-02-Ζ2的夾角為βΒ，βΒ介于0和D2)之間。所述非連續(xù)嚙合曲面是齒槽側(cè)面包絡(luò)星輪齒面所形成的二次包絡(luò)曲面，即星輪齒面中的非連續(xù)嚙合曲面是二次包絡(luò)面。所述螺桿齒槽的側(cè)面是由星輪齒側(cè)面中的嚙合曲面包絡(luò)成型的，即螺桿齒槽側(cè)面與星輪齒側(cè)面的嚙合曲面滿足包絡(luò)嚙合條件。采用本發(fā)明的星輪齒側(cè)型面和螺桿齒槽型面的優(yōu)點是，在嚙合過程中，星輪齒側(cè)面和螺桿齒槽面之間的接觸線在星輪齒側(cè)面的連續(xù)嚙合曲面內(nèi)移動，這種嚙合副齒面可使星輪受到穩(wěn)定的油膜力作用，且可以通過合理設(shè)計齒前側(cè)和齒后側(cè)的型面，均勻分布星輪齒前側(cè)和齒后側(cè)的油膜承載力，在工作過程中保持星輪齒前、后側(cè)與齒槽間的間隙相等，使星輪齒前、后側(cè)間隙內(nèi)形成有效的流體動力潤滑，從而提高單螺桿壓縮機的可靠性與效率， 延長使用壽命。
以下結(jié)合附圖及具體實施方式
對本發(fā)明作進一步的詳細描述。圖1為單螺桿壓縮機螺桿與星輪配合立體圖。圖2為單螺桿壓縮機嚙合副的星輪齒與螺桿齒槽間的運動關(guān)系和相應(yīng)的坐標系統(tǒng)。圖3為星輪齒面任意點星輪與螺桿的相對速度在星輪坐標系S2中的表達。圖4為本發(fā)明星輪齒側(cè)面與垂直于星輪齒的平面相交的情景。圖5為本發(fā)明星輪齒側(cè)面與平行于星輪齒的平面相交的情景。圖6為本發(fā)明實施例2中齒后側(cè)嚙合曲面與垂直于星輪齒的平面的交線。
圖7為本發(fā)明實施例2中齒后側(cè)曲面。其中圖2、圖4-圖7中的附圖標記為1、螺桿；2、星輪；3、星輪齒；4、星輪齒側(cè)面；5、齒槽；6、星輪齒上表面；7、齒頂；8、連續(xù)嚙合曲面；9、非連續(xù)嚙合曲面；10、齒根；11、 星輪下表面；12、代表嚙合區(qū)域的橢圓線I ；13、代表嚙合區(qū)域的橢圓線II ；14、橢圓線的切線；15、連續(xù)嚙合曲面邊界。
具體實施例方式
單螺桿壓縮機星輪齒側(cè)型面應(yīng)與螺桿齒槽側(cè)面滿足共軛嚙合關(guān)系，即在星輪齒側(cè)面與螺桿齒槽面的接觸點上，星輪與螺桿的相對速度與齒側(cè)面或齒槽面在該點相切，可表示為在接觸點先對速度與接觸面的法向量垂直
權(quán)利要求
1.一種單螺桿壓縮機嚙合副的包絡(luò)齒型面，包括星輪齒的側(cè)面和螺桿齒槽的側(cè)面，其螺桿齒槽側(cè)面是星輪齒側(cè)面的包絡(luò)面，其特征在于嚙合副的星輪齒側(cè)面與螺桿齒槽側(cè)面的嚙合區(qū)域為連續(xù)嚙合曲面，星輪齒側(cè)面由連續(xù)嚙合曲面和非連續(xù)嚙合曲面兩種曲面組成；其中，連續(xù)嚙合曲面至少一個，除連續(xù)嚙合曲面之外的表面則是非連續(xù)嚙合曲面；在齒根位置，連續(xù)嚙合曲面寬度縮小為零；嚙合過程中，星輪齒側(cè)面與螺桿齒槽側(cè)面的接觸線在連續(xù)嚙合曲面內(nèi)移動；其中，與星輪齒垂直的平面Y和連續(xù)嚙合曲面相交形成交線，該交線在所述星輪齒垂直的平面內(nèi)的切線的特點為從該交線的上端點至下端點，切線與平行于星輪上、下表面的水平面λ的夾角是單調(diào)變化的；從該交線的上端點至下端點，其曲率是逐漸變化的。
2.如權(quán)利要求1所述的單螺桿壓縮機嚙合副的包絡(luò)齒型面，其特征在于所述從該交線的上端點至下端點，切線與平行于星輪上、下表面的水平面λ的夾角的取值范圍在按下式所確定的范圍[amin，QmJ之內(nèi)a = atani Pa-Pj2COS^w -PxX、 I J2 -Pz2 Sin^sw y式中為星輪齒的轉(zhuǎn)角范圍，P為星輪的齒數(shù)與螺桿的槽數(shù)的比值，X2, y2, h為交線上某點的坐標；的轉(zhuǎn)角范圍是交線上的點能與螺桿齒槽面發(fā)生嚙合的星輪齒轉(zhuǎn)角的取值范圍，在這個范圍內(nèi)根據(jù)上式求取出α角的范圍[Cimin，QmaJ0
3.如權(quán)利要求1所述的單螺桿壓縮機嚙合副的包絡(luò)齒型面，其特征在于星輪齒側(cè)面與垂直于星輪齒的平面Y相交形成的交線分為兩種，一種是連續(xù)嚙合曲面與垂直于星輪齒平面Y的交線LY，另外一種是非連續(xù)嚙合曲面與垂直于星輪齒平面γ的交線Lf，兩種交線段在連續(xù)嚙合曲面和非連續(xù)嚙合曲面的交界處相互連接，并成為星輪齒側(cè)面的一整條交線段；在與星輪齒垂直的平面Y過同一個連接點分別作前述兩部分交線的切線，并將Lf的切線與水平面X2-02-Y2的夾角記作α的切線與水平面X2_02_Y2的夾角記作α Jy, 定義Z2軸的正方向為上方，Z2軸的負方向為下方，對于齒后側(cè)，若Ly在Lf的下方，則在它們的交點處，α jf彡Qjy ；若Ly在Lf的上方，則在它們的交點處，α ( α jf ；對于齒前側(cè)， 若Ly在Lf交線的下方，則在它們的交點處，aJy ^ α Jf ；若Ly在Lf的上方，則在它們的交點處，a Jf ^ a JY。
4.如權(quán)利要求1所述的單螺桿壓縮機嚙合副的包絡(luò)齒型面，其特征在于所述平行于星輪上、下表面的水平面λ與星輪齒側(cè)面相交形成一條交線，該交線分為兩部分，一部分為平面λ與連續(xù)嚙合曲面的交線La，另一部分為平面λ與非連續(xù)嚙合曲面的交線Lg，在平面λ內(nèi)過交線！^上任意點B作交線La的切線，該切線與豎直平面Χ2-02-Ζ2的夾角為 β β，β Β介于O禾口 β·χ(ζ2)之間。
5.如權(quán)利要求1所述的單螺桿壓縮機嚙合副的包絡(luò)齒型面，其特征在于所述非連續(xù)嚙合曲面是齒槽側(cè)面包絡(luò)星輪齒面所形成的二次包絡(luò)曲面，即星輪齒面中的非連續(xù)嚙合曲面是二次包絡(luò)面。
6.如權(quán)利要求1所述的單螺桿壓縮機嚙合副的包絡(luò)齒型面，其特征在于所述螺桿齒槽的側(cè)面是由星輪齒側(cè)面中的嚙合曲面包絡(luò)成型的，即螺桿齒槽側(cè)面與星輪齒側(cè)面的嚙合曲面滿足包絡(luò)嚙合條件。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種單螺桿壓縮機嚙合副的包絡(luò)齒型面，包絡(luò)星輪齒面與對應(yīng)的螺桿齒槽型面，其整個星輪齒側(cè)面能與螺桿齒槽面嚙合，且星輪齒面的嚙合區(qū)域為連續(xù)嚙合曲面。嚙合過程中，星輪齒側(cè)面和螺桿齒槽面的接觸線在整個連續(xù)嚙合曲面內(nèi)移動。采用這種嚙合副齒面可使星輪受到穩(wěn)定的油膜力作用，提高單螺桿壓縮機的壽命和效率。且可以通過合理設(shè)計齒前側(cè)和齒后側(cè)的型面，均勻分布星輪齒前側(cè)和齒后側(cè)的油膜承載力，在工作過程中保持星輪齒前、后側(cè)與齒槽間的間隙相等。
文檔編號F04C29/00GK102338091SQ20111031497
公開日2012年2月1日 申請日期2011年10月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月17日
發(fā)明者馮全科, 劉飛龍, 吳偉烽, 李挺, 趙忖 申請人:西安交通大學