專利名稱：多圓柱銑削包絡(luò)的單螺桿壓縮機(jī)齒面型線構(gòu)成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種單螺桿壓縮機(jī)和泵的轉(zhuǎn)子嚙合副的型面結(jié)構(gòu)，特別涉及一種多圓柱銑削包絡(luò)的單螺桿壓縮機(jī)齒面型線的形成方法，即多個(gè)圓柱在不同方位對單螺桿轉(zhuǎn)子同一個(gè)齒面實(shí)施切割所形成的母線型線，以及星輪齒型線的構(gòu)成方法。
背景技術(shù)：
圖1所示的單螺桿式壓縮機(jī)和泵被公認(rèn)為是一種總體結(jié)構(gòu)性能優(yōu)秀的回轉(zhuǎn)機(jī)械，它是由一個(gè)單螺桿轉(zhuǎn)子和兩個(gè)星輪及機(jī)殼構(gòu)成。自從上一個(gè)世紀(jì)60年代在美國、日本等國家開始發(fā)展以來，已經(jīng)有多種產(chǎn)品進(jìn)入工業(yè)市場。特別是美國，日本等國的某些公司制造的螺桿壓縮機(jī)具有較良好的性能，但他們的星輪和螺桿嚙合型線作為單螺桿機(jī)械的核心技術(shù)一直沒有公開。在國內(nèi)，也有多家制造廠在近20多年中開發(fā)制造這種壓縮機(jī)產(chǎn)品[1]，但機(jī)器的星輪工作壽命差，機(jī)器的容積效率低，一直是難以逾越的障礙。雖有廠家稱已解決了上述問題，但沒有公開其解決的技術(shù)方案[2]，其產(chǎn)品在市場上也鮮為人見。
現(xiàn)在國內(nèi)外公開的單螺桿和星輪的型線主要有單直線包絡(luò)型線和圓柱或圓臺二次包絡(luò)型線。所謂單直線包絡(luò)，就是采用一條沿星輪徑向直線進(jìn)刀或直線刀刃，按螺桿星輪運(yùn)動(dòng)副的運(yùn)動(dòng)關(guān)系對螺桿轉(zhuǎn)子齒槽進(jìn)行加工所形成的螺桿齒面型線，這樣加工的螺桿齒面型線，對應(yīng)的星輪齒面上只有一條徑向直線連續(xù)與螺桿齒槽母線面嚙合滑動(dòng)。直線以外的星輪齒面與螺桿轉(zhuǎn)子齒面不接觸或只有瞬態(tài)接觸。故星輪齒面上該直線部分十分容易磨損，造成泄漏，機(jī)器的容積效率很低。難以形成有效的產(chǎn)品。
為了改善上述單直線切削螺桿齒面所形成的型線缺陷，許多制造商采用圓柱或圓臺二次包絡(luò)加工成型法。這種加工方法中將上述的單直線車削的車刀，用一把圓柱或圓錐銑刀來代替，對螺桿齒槽進(jìn)行旋轉(zhuǎn)銑削，如圖2所示。當(dāng)銑削出一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的螺桿齒槽母線面后，再在該母線面上沿長度方向設(shè)置多只銑刀片，用此銑刀來反加工星輪的齒面。這樣加工的星輪齒面被認(rèn)為與轉(zhuǎn)子齒母面的接觸線會在星輪齒面上變化，不至于對局部齒面產(chǎn)生嚴(yán)重磨損。但實(shí)際上，由于銑刀的直徑受到螺桿齒槽尺寸的嚴(yán)格限制，用該小圓柱或圓臺銑刀體去包絡(luò)切削螺桿的齒面，得出的星輪齒面嚙合區(qū)域仍然很窄，只有整個(gè)齒面寬度的1/6左右。星輪齒面仍然磨損快，故也難形成有競爭力的產(chǎn)品[3][4]。
因此，國內(nèi)現(xiàn)在有很多壓縮機(jī)制造商及其工業(yè)界都急切期盼加工簡單，加工成本低，工作可靠，容積效率高、耗能小的單螺桿壓縮機(jī)和泵的轉(zhuǎn)子齒面型線和加工技術(shù)面世。
參考文獻(xiàn)[1]郁永章.《容積式壓縮機(jī)技術(shù)手冊》機(jī)械工業(yè)出版.北京.2000年11月.ISBN 7-111-02260-2.P645；[2]查世粱等.單螺桿壓縮機(jī)星輪的制造技術(shù).流體機(jī)械.(J)1996年№6；[3]劉忠明等，精密渦桿制冷壓縮機(jī)關(guān)鍵制造技術(shù)研究。機(jī)械傳動(dòng)，24卷№3.2000年；[4]繞德溥，常永忠，星輪二次包絡(luò)面的計(jì)算及加工，通用機(jī)械(J)2004年11期，P75。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的致命性缺陷，本發(fā)明的目的在于，提供一種多圓柱銑削包絡(luò)的單螺桿壓縮機(jī)齒面型線構(gòu)成方法，該方法采取多個(gè)圓柱(銑刀)按不同方位切割包絡(luò)的單螺桿壓縮機(jī)螺桿齒面母線和這些多個(gè)方位排列的圓柱重疊表面部分?jǐn)M合構(gòu)成的星輪齒面型線。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)解決方案如下一種多圓柱銑削包絡(luò)的單螺桿壓縮機(jī)齒面型線構(gòu)成方法，其特征在于，按下列步驟進(jìn)行1)按照螺桿轉(zhuǎn)子與其共軛嚙合的星輪的運(yùn)動(dòng)幾何原理，即螺桿轉(zhuǎn)子與星輪齒面成形關(guān)系，仿照星輪齒面工作時(shí)作圓周運(yùn)動(dòng)的形式來移動(dòng)圓柱銑刀的軸線，對螺桿轉(zhuǎn)子齒面進(jìn)行第一次切削，而后調(diào)整銑刀軸線的方位，對螺桿轉(zhuǎn)子同一齒面進(jìn)行第二次切削、第三次切削，…，直至成形；每次的銑刀方位調(diào)整只切削掉螺桿轉(zhuǎn)子齒面母線的其中一段或兩段，銑刀軸線方位調(diào)整的數(shù)量可以任意選擇，切削的次數(shù)越多，越有利于螺桿轉(zhuǎn)子齒面與星輪齒面的均勻滑動(dòng)嚙合；或者采用五坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行一次性加工直接獲得上述螺桿轉(zhuǎn)子齒面型線，即讓圓柱銑刀軸線按照螺桿轉(zhuǎn)子齒面與星輪齒面成形關(guān)系進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，被加工的螺桿轉(zhuǎn)子齒面按照星輪齒面轉(zhuǎn)動(dòng)的形式運(yùn)動(dòng)，在銑刀軸線轉(zhuǎn)動(dòng)和銑刀繞自身軸轉(zhuǎn)動(dòng)中，同時(shí)連續(xù)調(diào)整銑刀軸線的方位到設(shè)定的位置，對單螺桿轉(zhuǎn)子齒面進(jìn)行銑削加工，即可實(shí)現(xiàn)螺桿齒面型線；2)圓柱銑刀的方位按以下數(shù)學(xué)關(guān)系式設(shè)定對螺桿轉(zhuǎn)子取圓柱坐標(biāo)系(R，Z，θ)，坐標(biāo)系的Z軸與螺桿轉(zhuǎn)子軸線同軸，Z的正方向取星輪齒沿螺桿轉(zhuǎn)子軸向移動(dòng)的方向，Z軸的零點(diǎn)選取在螺桿轉(zhuǎn)子軸線與星輪軸線垂直連線處；坐標(biāo)系中的矢徑R取螺桿轉(zhuǎn)子的徑向；螺桿轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系中的矢徑R位置角θ的零點(diǎn)值取在螺桿轉(zhuǎn)子齒槽最深的位置，即星輪齒正對著螺桿轉(zhuǎn)子軸線的位置時(shí)，螺桿轉(zhuǎn)子圓柱體被星輪中性面所切割的縱向截面上，對于同一個(gè)齒槽兩側(cè)的齒面型線，其起始角θ相同；于是，由一個(gè)圓柱銑刀頂端的切削點(diǎn)Pj，對螺桿轉(zhuǎn)子齒槽銑削加工所形成的母線方程組可表達(dá)為Rj=(A-rt·cos(ϵθ0-βj))2+aj2θj=θ0-arctanajA-rt·cos(ϵθ0-βj)Zj=-rt·sin(ϵθ0-βj)---(1)]]>由圓柱銑刀根端處的銑削點(diǎn)Pj，對單螺桿轉(zhuǎn)子銑削包絡(luò)所形成的母線型線的方程為Rj=(A-r0·cos(ϵθ0-βj))2+aj2θj=θ0-arctanajA-r0·cos(ϵθ0-βj)Zj=-r0·sin(ϵθ0-βj)---(2)]]>上述(1)式和(2)式中aj，bj表示圓柱銑刀切削點(diǎn)的位置參數(shù)，它們是設(shè)計(jì)螺桿轉(zhuǎn)子和星輪時(shí)選取的，如果對于n個(gè)方位的圓柱銑刀加工形成的組合單螺桿轉(zhuǎn)子母線，方程中的位置參數(shù)就分別為a1，b1；a2，b2；a3，b3；…；aj，bj；…；an，bn；r表示星輪齒面上任意一點(diǎn)Pj的回轉(zhuǎn)半徑，對于螺桿轉(zhuǎn)子齒面型線的確定，只要分別選取星輪齒根的半徑r0和齒頂?shù)陌霃絩t處星輪齒面型線上一組點(diǎn)對單螺桿轉(zhuǎn)子齒面包絡(luò)的母線即可；β表示在星輪旋轉(zhuǎn)平面中，星輪齒面上的點(diǎn)與該齒面中線的夾角，單位為deg，對于一組母線方程，β是常量；ε表示星輪齒數(shù)與單螺桿轉(zhuǎn)子齒數(shù)之比；按照式(1)，對于不同的aj，bj，可以構(gòu)造n個(gè)方程組，即得到齒頂處n個(gè)嚙合點(diǎn)所對應(yīng)的n條母線型線，齒頂處的n條母線中各自其中的一段或兩段順次連接，就構(gòu)成了螺桿轉(zhuǎn)子組合齒頂母線；按式(2)，對于不同的aj，bj，同樣可以構(gòu)造n個(gè)方程組，得到齒根處n個(gè)嚙合點(diǎn)所對應(yīng)的n條母線型線。齒根處的n條母線中各自其中的一段或兩段順次連接，就構(gòu)成了螺桿轉(zhuǎn)子組合齒根母線；由于螺桿轉(zhuǎn)子的加工采用圓柱銑刀，控制了銑刀兩端母線的型線，那么，單螺桿轉(zhuǎn)子齒面中間部分的任意一條型線也必然是n條母線型線的各自中的一段或兩段的順次連接所形成的；3)星輪齒面型線的構(gòu)造按加工單螺桿轉(zhuǎn)子時(shí)多方位圓柱銑刀的設(shè)定位置，取各銑刀圓柱面上能接觸到螺桿轉(zhuǎn)子齒面的表面，把這些窄條狀的表面按原方位放置，并將每兩個(gè)相鄰表面用外切直線光滑連接，在任意的圓柱軸向長度截面上，得到圓弧段與直線段的相間連接，再用計(jì)算機(jī)按曲線擬合的近似方法進(jìn)行處理，就能得到星輪的齒面型線的具體數(shù)據(jù)。
該方法構(gòu)成的多圓柱銑削包絡(luò)的單螺桿壓縮機(jī)齒面型線，其加工簡單，成本低，容易保證高的加工精度。更重要的是可以人為靈活地設(shè)計(jì)螺桿轉(zhuǎn)子和星輪的嚙合過程，星輪齒的齒面上的絕大多數(shù)部位都能參與嚙合。使所形成的型面嚙合過程中能保證良好的密封和均勻的摩擦。且齒面嚙合副中能形成良好的潤滑液膜。從根本上解決了傳統(tǒng)螺桿轉(zhuǎn)子只有很小的有效嚙合區(qū)域，磨損很快的缺陷。
本發(fā)明的方法得到的多圓柱銑削包絡(luò)的單螺桿壓縮機(jī)齒面型線特點(diǎn)是在星輪齒面與螺桿轉(zhuǎn)子齒面的一個(gè)嚙合周期內(nèi)，星輪齒面型線上至少有三分之二的區(qū)域能與螺桿轉(zhuǎn)子齒面型線接觸，即螺桿轉(zhuǎn)子齒面上的一條完整的母線是由星輪齒面型線上多點(diǎn)包絡(luò)而成的組合型線。采用圓柱銑刀的銑削可以完成這種型線的螺桿轉(zhuǎn)子齒面加工。這樣設(shè)計(jì)的螺桿轉(zhuǎn)子與星輪型線可以保證星輪齒面能均勻地與螺桿轉(zhuǎn)子齒面滑動(dòng)嚙合，從而可以實(shí)現(xiàn)星輪磨損小和壽命長，密封好，加工工藝簡單，精度高，以獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益。


圖1是單螺桿壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；其中圖(b)是圖(a)的俯視圖，圖中的符號分別表示11、機(jī)殼，12、星輪，13、排氣口，14、螺桿，15、主軸，16、排氣腔，17、吸氣腔，18、氣缸；圖2是單圓柱銑刀沿螺桿轉(zhuǎn)子齒面母線的銑削示意圖，圖中標(biāo)號1為展在平面上的母線型線，標(biāo)號2為圓柱銑刀；圖3是螺桿轉(zhuǎn)子與星輪的幾何關(guān)系與圓柱坐標(biāo)系，其中左圖是右圖的左視投影，圖中標(biāo)號3為螺桿轉(zhuǎn)子，4為星輪，5為星輪齒，6為星輪齒中性面上的齒面嚙合點(diǎn)對螺桿轉(zhuǎn)子齒面形成的母線在螺桿轉(zhuǎn)子軸端平面中的投影，7為星輪中性面以外的星輪齒面上的嚙合點(diǎn)對螺桿轉(zhuǎn)子齒面形成的母線在軸端面上的投影。
圖4是星輪齒的斷面形狀和加工用的圓柱銑刀與齒面的位置關(guān)系，圖中8為圓柱銑刀，9為星輪齒沿長斷面剖視圖。
圖5是三方位圓柱(銑刀)表面相互重疊部分所構(gòu)成星輪齒面的形狀；o1，o2，o3是圓柱銑刀根部的圓柱軸心，o‘1，o’2，o‘3是圓柱銑刀頂部的圓柱軸心。三圓柱表面重疊部分是深色的帶狀圓柱表面，這就是星輪齒面的基本形狀。
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
具體實(shí)施例方式
為了更清楚的理解本發(fā)明，首先給出以下定義螺桿齒面型線——星輪齒面給定的點(diǎn)在與單螺桿轉(zhuǎn)子齒面嚙合滑動(dòng)過程中在轉(zhuǎn)子齒面上所留下的軌跡成為單螺桿齒面型線，該型線實(shí)際就是螺桿柱體內(nèi)齒面上如人腰狀的螺旋形母線。
星輪齒面型線——星輪齒面的任一半徑處的截面曲線稱為星輪齒面型線。
按照本發(fā)明的技術(shù)方案，多圓柱銑削包絡(luò)的單螺桿壓縮機(jī)齒面型線構(gòu)成方法，按下列步驟進(jìn)行1.螺桿轉(zhuǎn)子齒面型線的構(gòu)造1.1按照螺桿轉(zhuǎn)子與其共軛嚙合的星輪的運(yùn)動(dòng)幾何學(xué)原理、以及螺桿轉(zhuǎn)子與星輪齒面的成形關(guān)系，同現(xiàn)有通用的螺桿轉(zhuǎn)子齒槽采用單圓柱銑刀加工的方法一樣，讓圓柱銑刀的軸線指向星輪徑向，按星輪和螺桿轉(zhuǎn)子相對運(yùn)動(dòng)的形式，讓圓柱銑刀軸線按星輪齒的方式運(yùn)動(dòng)，對螺桿轉(zhuǎn)子齒槽進(jìn)行一次銑削，得到一個(gè)原型螺桿轉(zhuǎn)子齒面型線。
然后，在小范圍調(diào)整圓柱銑刀的軸線方向和移動(dòng)銑刀軸線的位置，對螺桿轉(zhuǎn)子同一個(gè)齒槽重復(fù)銑削加工。對于不同尺寸的螺桿轉(zhuǎn)子，銑刀軸線方向調(diào)整的角度范圍一般在5°以內(nèi)，銑刀軸線移動(dòng)距離最大在7mm范圍以內(nèi)。每一個(gè)方位位置在合理的設(shè)計(jì)下，使銑刀只銑削加工螺桿轉(zhuǎn)子齒面上的原型母線其中一段或兩段，使這一段或兩段新母線的型線參數(shù)不同于原型母線。然后再調(diào)整圓柱銑刀的方位，讓其銑削原型母線上另一段或兩段，得到另一段或兩段的新母線型線。這樣依次進(jìn)行多方位銑削。一條完整的螺桿轉(zhuǎn)子母線是由這樣的多段不同參數(shù)的母線連接組合而成。銑刀的多方位數(shù)量n取大于2到無窮多，切削的次數(shù)越多，越有利于螺桿轉(zhuǎn)子齒面與星輪齒面的均勻滑動(dòng)嚙合；1.2螺桿轉(zhuǎn)子母線型線的數(shù)學(xué)表達(dá)如上所述，本發(fā)明的螺桿轉(zhuǎn)子母線型線是由多段參數(shù)不同的母線連接而成，表達(dá)組合母線型線的幾何構(gòu)造首先需要建立坐標(biāo)系。
對螺桿轉(zhuǎn)子取圓柱坐標(biāo)系(R，θ，Z)的Z軸取為螺桿轉(zhuǎn)子軸線，Z的正方向取星輪齒沿螺桿轉(zhuǎn)子軸向移動(dòng)的方向，Z軸的零點(diǎn)選取在螺桿轉(zhuǎn)子軸線與星輪軸線垂直連線交點(diǎn)處(圖3)；坐標(biāo)系中的矢徑R取螺桿轉(zhuǎn)子的徑向；螺桿轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系中的矢徑R位置角θ的零點(diǎn)值取在螺桿轉(zhuǎn)子齒槽最深的位置，即星輪齒正對著螺桿轉(zhuǎn)子軸線的位置時(shí)，螺桿轉(zhuǎn)子圓柱體被星輪中性平面所切割的縱向截面上，如圖3中的右邊視圖中θ角的起始位置。對同一個(gè)齒槽兩側(cè)的齒面型線分析，其起始角θ是相同的。
由于確定每個(gè)銑刀的方位只需要其軸線上的兩個(gè)給定點(diǎn)。于是，只要描述圓柱銑刀的頂端(對應(yīng)星輪的齒頂半徑rt)和根端(對應(yīng)于星輪的齒根半徑r0)位置不同切削點(diǎn)對螺桿轉(zhuǎn)子齒面形成的母線，則整個(gè)螺桿轉(zhuǎn)子齒面上的所有型線就被確定。由n個(gè)銑刀方位中的第j個(gè)方位的圓柱銑刀頂端上的一個(gè)切削點(diǎn)Pj對螺桿轉(zhuǎn)子齒槽銑削加工所形成的母線方程組可表達(dá)為Rj=(A-rt·cos(ϵθ0-βj))2+aj2θj=θ0-arctanajA-rt·cos(ϵθ0-βj)Zj=-rt·sin(ϵθ0-βj)---(1)]]>由圓柱銑刀的根端處的任意一個(gè)切削點(diǎn)Pj(對應(yīng)星輪齒根的型線上的點(diǎn))對螺桿轉(zhuǎn)子齒槽所形成的母線型線為Rj=(A-r0·cos(ϵθ0-βj))2+aj2θj=θ0-arctanajA-r0·cos(ϵθ0-βj)Zj=-r0·sin(ϵθ0-βj)---(2)]]>上面式(1)和式(2)中，aj表示圓柱銑刀頂部或根部切削點(diǎn)pj(對應(yīng)于星輪齒面上的嚙合點(diǎn))距齒的厚度中性面的位置尺寸，mm，如圖4所示。它們是根據(jù)星輪齒的軸向厚度和多方位銑刀的方位數(shù)選取的；bj表示圓柱銑刀頂端和根部切削點(diǎn)pj(對應(yīng)于星輪齒面上的嚙合點(diǎn))距星輪齒寬度中性面的尺寸參數(shù)，如圖4所示，它們是設(shè)計(jì)螺桿轉(zhuǎn)子和星輪嚙合時(shí)，星輪齒頂處的齒面型線上的各點(diǎn)分別擬與螺桿轉(zhuǎn)子母線嚙合接觸的距離長短確定的；r0表示星輪齒根部的齒面型線上任意一點(diǎn)pj點(diǎn)的回轉(zhuǎn)半徑，mm；rt表示星輪齒頂端的齒面型線上的任意一個(gè)嚙合點(diǎn)pj點(diǎn)的回轉(zhuǎn)半徑，mm；β表示在星輪齒旋轉(zhuǎn)平面中，星輪齒面上的點(diǎn)與該齒寬度中線的夾角，單位為deg，對于一組母線方程，β是常量。
2.星輪齒面型線的構(gòu)造星輪齒面型線取決于加工螺桿轉(zhuǎn)子型線時(shí)的圓柱銑刀方位，它是由多個(gè)圓柱按加工位置排列時(shí)表面重疊部分?jǐn)M合的星輪齒面型線，按加工螺桿轉(zhuǎn)子時(shí)多方位圓柱銑刀的設(shè)定位置，取各銑刀圓柱面上能接觸到螺桿轉(zhuǎn)子齒面(這時(shí)假想銑刀沒有自身旋轉(zhuǎn))的表面，把這些窄條狀的表面按原方位放置(圖5)，并將每兩個(gè)相鄰表面用外切直線光滑連接，在同一個(gè)圓柱軸向長度上得到圓弧段與直線段的相間連接，再用計(jì)算機(jī)按曲線擬合的近似方法進(jìn)行處理，就得到了星輪的齒面型線的數(shù)據(jù)。
3.關(guān)于螺桿轉(zhuǎn)子齒面型線的具體實(shí)施方式
3.1螺桿轉(zhuǎn)子齒面型線的加工設(shè)備對于本發(fā)明提出的螺桿轉(zhuǎn)子齒面型線，需要研制專門的加工機(jī)床或在五坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床上對螺桿轉(zhuǎn)子齒面進(jìn)行加工來實(shí)現(xiàn)。由此加工成單螺桿壓縮機(jī)產(chǎn)品供應(yīng)市場。
對于采用五坐標(biāo)數(shù)控銑床來實(shí)施螺桿轉(zhuǎn)子齒面型線的情況，可直接將螺桿固定在機(jī)床的旋轉(zhuǎn)工作臺上進(jìn)行加工。
對于研制的專用機(jī)器，先采用現(xiàn)有的高精度螺桿轉(zhuǎn)子齒面加工車床作為基礎(chǔ)部件，在該基礎(chǔ)部件中，具備了螺桿轉(zhuǎn)子與星輪的運(yùn)動(dòng)形式和傳動(dòng)比、固定螺桿轉(zhuǎn)子和車刀的工作臺。對于本發(fā)明內(nèi)容的實(shí)施，關(guān)鍵要改進(jìn)原有的車刀工作臺。該車刀工作臺是一個(gè)與螺桿轉(zhuǎn)子按給定轉(zhuǎn)速比同步轉(zhuǎn)動(dòng)的平臺。對于本發(fā)明螺桿轉(zhuǎn)子型線的加工，需要在該工作臺上增加如下功能1)在工作臺上增設(shè)一層水平導(dǎo)軌，使導(dǎo)軌上的平臺1能夠在一個(gè)方向水平平移，并能夠鎖死；2)在平臺1上增設(shè)一個(gè)柱銷，使柱銷上的平臺2能夠轉(zhuǎn)動(dòng)、升降，并能夠鎖死；3)在平臺2上增設(shè)一個(gè)導(dǎo)軌，使其上的平臺3能夠沿導(dǎo)軌水平平移，并能鎖死；4)在平臺3上固定圓柱銑刀驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和銑刀頭；以代替原有的車刀。
5)設(shè)置以上移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)位移的測量和控制系統(tǒng)；6)銑刀的位置參數(shù)來自于對方程組(1)中的設(shè)計(jì)選擇參數(shù)aj，bj，rj。
3.2方程組(1)和方程組(2)中的幾何參數(shù)aj和bj的確定(1)aj的確定aj可以按選定的星輪齒的厚度和選取的多方位銑削的方位數(shù)量均勻分布來確定。有時(shí)也可采用非均布的方法。例如，如果星輪的齒厚為10mm，擬采用五方位銑刀加工，那么aj的排列從星輪齒的下表面到星輪齒的上表面依次為a-2＝-4mm，a-1＝-2mm；a0＝0mm；a1＝2mm；a2＝4mm。
(2)bj確定當(dāng)aj按上述方法確定后，所有的aj為已知數(shù)，且其中星輪厚度中性面上的j＝0，故有b0值是設(shè)計(jì)選取的名義齒寬尺寸的1/2。然后，再逐點(diǎn)向兩側(cè)推算，即求取bj+1或bj-1。
例如，對于求取bj+1，這時(shí)已知aj，bj，aj+1，這四個(gè)參數(shù)與其對應(yīng)的兩個(gè)點(diǎn)所嚙合的一段螺桿轉(zhuǎn)子母線在特定位置的斜率k之間有如下關(guān)系
k=-aj+1-ajbj+1-bj---(3)]]>上式中的特定點(diǎn)斜率k指的是j方位的圓柱銑刀上的切削pj點(diǎn)和j+1方位的圓柱銑刀上的切削點(diǎn)pj+1共同接觸螺桿轉(zhuǎn)子母線處的母線斜率k′。兩個(gè)切削點(diǎn)對母線的共同接觸位置點(diǎn)Q是按銑刀的方位數(shù)和母線的長度較均勻分配的原則確定的，目的是要保證星輪齒面上都能較均勻地摩擦磨損。母線上由兩個(gè)方位圓柱銑刀的切削點(diǎn)Pj和Pj+1共同接觸點(diǎn)Q的斜率可通過對母線方程求導(dǎo)獲得，或者按母線上這個(gè)共同接觸的圓周速度與對應(yīng)的星輪上的嚙合點(diǎn)的圓周速度之比來給出。經(jīng)過簡化，可表示為k＝εRQ/r (4)式中，ε表示星輪齒數(shù)與螺桿轉(zhuǎn)子齒數(shù)之比；RQ表示螺桿轉(zhuǎn)子母線上Q點(diǎn)的回轉(zhuǎn)半徑，m；r表示用來確定銑刀方位參數(shù)的銑刀切削點(diǎn)pj的回轉(zhuǎn)半徑，m；如前所述，一般取定銑刀頂端(對應(yīng)星輪齒頂端)和銑刀根部(對應(yīng)星輪的齒根部位)兩個(gè)點(diǎn)來確定銑刀方位參數(shù)，故r只取星輪齒頂半徑rt和齒根半徑r0兩個(gè)值。
3.3關(guān)于星輪齒的型線的實(shí)施方式(1)按加工螺桿轉(zhuǎn)子時(shí)所得到的多方位圓柱銑刀的位置參數(shù)aj，bj，將這種多組參數(shù)輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行多圓柱排列造型，選取各圓柱(銑刀)面上包絡(luò)切割螺桿轉(zhuǎn)子齒面的包角區(qū)域，并把這些帶狀表面按外切線光滑連接，就形成了所需的星輪齒面，如圖8中的圓柱表面的三條窄帶就組合成了星輪齒面的主要部分。的下端處表示星輪的齒根部齒面；圖8中的上端處表示星輪齒頂部齒面。
(2)上述星輪齒面需要在四坐標(biāo)或五坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行。
權(quán)利要求
1.一種多圓柱銑削包絡(luò)的單螺桿壓縮機(jī)齒面型線構(gòu)成方法，其特征在于，按下列步驟進(jìn)行1)按照螺桿轉(zhuǎn)子與其共軛嚙合的星輪的運(yùn)動(dòng)幾何原理，即螺桿轉(zhuǎn)子與星輪齒面成形關(guān)系，仿照星輪齒面工作時(shí)作圓周運(yùn)動(dòng)的形式來移動(dòng)圓柱銑刀的軸線，對螺桿轉(zhuǎn)子齒面進(jìn)行第一次切削，而后調(diào)整銑刀軸線的方位，對螺桿轉(zhuǎn)子同一齒面進(jìn)行第二次切削、第三次切削，…，直至成形；每次的銑刀方位調(diào)整只切削掉螺桿轉(zhuǎn)子齒面母線的其中一段或兩段，銑刀軸線方位調(diào)整的數(shù)量可以任意選擇，切削的次數(shù)越多，越有利于螺桿轉(zhuǎn)子齒面與星輪齒面的均勻滑動(dòng)嚙合；或者采用五坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行一次性加工直接獲得上述螺桿轉(zhuǎn)子齒面型線，即讓圓柱銑刀軸線按照螺桿轉(zhuǎn)子齒面與星輪齒面成形關(guān)系進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，被加工的螺桿轉(zhuǎn)子齒面按照星輪齒面轉(zhuǎn)動(dòng)的形式運(yùn)動(dòng)，在銑刀軸線轉(zhuǎn)動(dòng)和銑刀繞自身軸轉(zhuǎn)動(dòng)中，同時(shí)連續(xù)調(diào)整銑刀軸線的方位到設(shè)定的位置，對單螺桿轉(zhuǎn)子齒面進(jìn)行銑削加工，即可實(shí)現(xiàn)螺桿轉(zhuǎn)子齒面型線；2)圓柱銑刀的方位按以下數(shù)學(xué)關(guān)系式設(shè)定對螺桿轉(zhuǎn)子取圓柱坐標(biāo)系(R，Z，θ)，坐標(biāo)系的Z軸與螺桿轉(zhuǎn)子軸線同軸，Z的正方向取星輪齒沿螺桿轉(zhuǎn)子軸向移動(dòng)的方向，Z軸的零點(diǎn)選取在螺桿轉(zhuǎn)子軸線與星輪軸線垂直連線處；坐標(biāo)系中的矢徑R取螺桿轉(zhuǎn)子的徑向；螺桿轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系中的矢徑R位置角θ的零點(diǎn)值取在螺桿轉(zhuǎn)子齒槽最深的位置，即星輪齒正對著螺桿轉(zhuǎn)子軸線的位置時(shí)，螺桿轉(zhuǎn)子圓柱體被星輪中性面所切割的縱向截面上，對于同一個(gè)齒槽兩側(cè)的齒面型線，其起始角θ相同；于是，由一個(gè)圓柱銑刀頂端的切削點(diǎn)Pj，對螺桿轉(zhuǎn)子齒槽銑削加工所形成的母線方程組可表達(dá)為Rj=(A-rt·cos(ϵθ0-βj))2+aj2θj=θ0-arctanajA-rt·(ϵθ0-βj)Zj=-rt·sin(ϵθ0-βj)---(1)]]>由圓柱銑刀根端處的銑削點(diǎn)Pj，對單螺桿轉(zhuǎn)子銑削包絡(luò)所形成的母線型線的方程為Rj=(A-r0·cos(ϵθ0-βj))2+aj2θj=θ0-arctanajA-r0·(ϵθ0-βj)Zj=-r0·sin(ϵθ0-βj)---(2)]]>上述(1)式和(2)式中aj，bj表示圓柱銑刀切削點(diǎn)的位置參數(shù)，它們是設(shè)計(jì)螺桿轉(zhuǎn)子和星輪時(shí)選取的，如果對于n個(gè)方位的圓柱銑刀加工形成的組合單螺桿轉(zhuǎn)子母線，方程中的位置參數(shù)就分別為a1，b1；a2，b2；a3，b3；…；aj，bj；…；an，bn；r表示星輪齒面上任意一點(diǎn)Pj的回轉(zhuǎn)半徑，對于螺桿轉(zhuǎn)子齒面型線的確定，只要分別選取星輪齒根的半徑r0和齒頂?shù)陌霃絩t處星輪齒面型線上一組點(diǎn)對單螺桿轉(zhuǎn)子齒面包絡(luò)的母線即可；β表示在星輪旋轉(zhuǎn)平面中，星輪齒面上的點(diǎn)與該齒面中線的夾角，單位為deg，對于一組母線方程，β是常量；ε表示星輪齒數(shù)與單螺桿轉(zhuǎn)子齒數(shù)之比；按照式(1)，對于不同的aj，bj，可以構(gòu)造n個(gè)方程組，即得到齒頂處n個(gè)嚙合點(diǎn)所對應(yīng)的n條母線型線，齒頂處的n條母線中各自其中的一段或兩段順次連接，就構(gòu)成了螺桿轉(zhuǎn)子組合齒頂母線；按式(2)，對于不同的aj，bj，同樣可以構(gòu)造n個(gè)方程組，得到齒根處n個(gè)嚙合點(diǎn)所對應(yīng)的n條母線型線。齒根處的n條母線中各自其中的一段或兩段順次連接，就構(gòu)成了螺桿轉(zhuǎn)子組合齒根母線；由于螺桿轉(zhuǎn)子的加工采用圓柱銑刀，控制了銑刀兩端母線的型線，那么，單螺桿轉(zhuǎn)子齒面中間部分的任意一條型線也必然是n條母線型線的各自中的一段或兩段的順次連接所形成的；3)星輪齒面型線的構(gòu)造按加工螺桿轉(zhuǎn)子時(shí)多方位圓柱銑刀的設(shè)定位置，取各銑刀圓柱面上能接觸到螺桿轉(zhuǎn)子齒面的表面，把這些窄條狀的表面按原方位放置，并將每兩個(gè)相鄰表面用外切直線光滑連接，在任意的圓柱軸向長度截面上，得到圓弧段與直線段的相間連接，再用計(jì)算機(jī)按曲線擬合的近似方法進(jìn)行處理，就能得到星輪的齒面型線的具體數(shù)據(jù)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的銑刀軸線方向調(diào)整的角度范圍在5°以內(nèi)，銑刀軸線移動(dòng)距離最大在7mm范圍以內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多圓柱銑削包絡(luò)的單螺桿壓縮機(jī)齒面型線構(gòu)成方法，采用不同方位的多圓柱銑刀對螺桿轉(zhuǎn)子的同一個(gè)齒面母線進(jìn)行重復(fù)切削，可以實(shí)現(xiàn)這種單螺桿轉(zhuǎn)子齒面的多圓柱包絡(luò)型線，并給出了這種螺桿轉(zhuǎn)子型線的數(shù)學(xué)描述。該型線的特點(diǎn)是在星輪齒面與螺桿轉(zhuǎn)子齒面的一個(gè)嚙合周期內(nèi)，星輪齒面型線上至少有三分之二的區(qū)域能與螺桿轉(zhuǎn)子齒面型線接觸，即螺桿轉(zhuǎn)子齒面上的一條完整的母線是由星輪齒面型線上多點(diǎn)包絡(luò)而成的組合型線。采用圓柱銑刀的銑削可以完成這種型線的螺桿轉(zhuǎn)子齒面加工。這樣設(shè)計(jì)的螺桿轉(zhuǎn)子與星輪型線可以保證星輪齒面能均勻地與螺桿轉(zhuǎn)子齒面滑動(dòng)嚙合，從而可以實(shí)現(xiàn)星輪磨損小和壽命長，密封好，加工工藝簡單，精度高。
文檔編號G06F17/50GK1824443SQ20061004261
公開日2006年8月30日 申請日期2006年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月3日
發(fā)明者馮全科, 徐健, 趙忖, 郭蓓, 吳偉烽, 束鵬程 申請人:西安交通大學(xué)