[发明专利]多直线包络的单螺杆压缩机啮合副型面的设计方法

摘要

本发明公开了一种多直线包络的单螺杆压缩机啮合副型面的设计方法，采用不同方位的多直线进刀或直线刀刃对螺杆转子的同一个齿槽母线面进行重复切削，并合理选择直线进刀或直线刀刃的方位，使不同方位的直线进刀或直线刀刃切削同一螺杆母线面上的不同区域，这些多条直线进刀或直线刀刃处在不同的方位，形成了一个分布在星轮齿面上的特征直线族；确定出表征星轮齿面形状的特征线族的方位，并按这些特征线制作出的星轮齿面上的点能够与单螺杆转子齿槽母线面保持均等机会的接触摩擦，使加工出来的螺杆转子和星轮齿面符合共轭啮合的原理；从而实现磨损小，密封好，加工工艺简单，精度高，机床成本低的优良特性。并节能显著，容积效率高，星轮寿命长。

主权项

1.一种多直线包络的单螺杆压缩机啮合副型面的设计方法，其特征在于，包括下列步骤：1)按照单螺杆转子与其共轭啮合的星轮的运动几何学原理和转子与星轮齿面成形关系，仿照星轮齿工作时的运动形式转动走刀的车刀直线刀刃或刀尖的进刀直线，在对单螺杆转子齿槽实施最终切削时所到达的位置，就是星轮齿面上与转子齿槽啮合的一段直线，将这种直线段定义为星轮齿面上的一条特征线；2)采用不同方位的多直线进刀或直线刀刃对螺杆转子的同一个齿槽母线面进行重复切削，并合理选择直线进刀或直线刀刃的方位，使不同方位的直线进刀或直线刀刃切削同一螺杆母线面上的不同区域，这样的多条直线进刀或直线刀刃处在不同的方位，也就形成了一个分布在星轮齿面上的特征直线族；3)确定出表征星轮齿面形状的特征线族的方位，按这些特征线制作出的星轮齿面上的点能够与单螺杆转子齿面保持均等机会的接触摩擦，使加工出来的螺杆转子和星轮齿面符合共轭啮合的原理；4)确定特征线族的步骤：首先在待加工的星轮上取一个静坐标系O(X，Y，Z)，其Z轴取为星轮的轴心上，Z轴的O点取在星轮轮盘的的中性面上，X轴和Y轴均取在星轮的中性面上，相互垂直；另取一个动坐标系o(x、y、z)，其z轴与静坐标系的Z轴同向，z轴的位置取在某一个星轮齿的齿根处，y轴取在星轮中性面的齿面上，沿径向朝外，x轴则在y轴的垂直方向；在设计单螺杆压缩机螺杆齿面母线和星轮齿型面时，首先要给定螺杆和转子的基本尺寸，主要有螺杆的直径、星轮的直径、螺杆的齿数、星轮的齿数、齿厚、以及螺杆与星轮的中心距，这些参数是根据机器的流量和压力等要求确定；上述参数确定后，星轮齿的齿根位置就有了确定的位置，即动坐标系中的o点就被固定下来；o(x，y，z)在O(X，Y，Z)中的坐标如下：$Y_o={R_i}^2-\frac{1}{4}{B}^2$ $X_o=\frac{1}{2}B$ Zo＝0上述坐标表达式中，Ri是星轮内径；B为星轮齿的宽度；第二，对螺杆齿面母线采用三个或三个以上的直线刀刃或直线进刀在不同的位置先后顺次加工，使其母线面被多直线包络，或者说被多个不同方位的直线进刀包络切削；各条刀刃直线或进刀直线，分别处在平行于星轮旋转面的不同平面内，沿星轮厚度方向均匀分布，呈竹片扇叶状；这些直线也是构成与螺杆齿面母线共轭啮合的星轮齿型面的特征线族；上述多个特征线族在星轮齿面上的分布设计的方法为：(1)进刀直线或刀刃直线在星轮齿根处为起点，多根直线的起点位置分布在同一条直线段上；该直线段的倾斜度β，β定义为直线偏离星轮轴线的角度γ角的正切值，等于螺杆外径的线速度与星轮齿根处的线速度之比，经推导为：β＝εRin/R式中，ε——螺杆齿数与星轮齿数之比； Rin——星轮齿根半径，等于螺杆星轮中心距减去螺杆半径，m； R——螺杆外径，m；(2)多条特征线族在星轮齿顶端处的分布的确定方法为：以中间的特征直线为基准，在齿顶端处作另一特征直线与中间特征直线的连接直线段，该直线段的倾斜度，即偏离星轮轴线的程度根据均匀接触的要求取定该特征直线与螺杆母线共轭接触的区域，由螺杆母线上的此区域的两端点中的任意一个确定出该点处的回转半径；另一方面，星轮齿顶的回转半径是个已知的常量；按螺杆母线在该区域端点处的线速度与星轮齿顶线速度之比求出一个倾斜度；该倾斜度就是上述两条特征直线在星轮齿顶处的连接直线段的倾斜度；星轮齿顶端点与螺杆齿面啮合的任意一段母线长度S与星轮转角之间的关系式表示为：$S_{i,i+1}=\frac{1}{ϵ}[H({\theta }_{i+1}-{\theta }_i)-R_x({\sin \theta }_{i+1}-{\sin \theta }_i)]$ 式中，ε——螺杆齿数与星轮齿数之比； H——螺杆与星轮轴线距离，m； θ——星轮齿顶啮合点的转角，rad； Rx—星轮的齿顶半径，m；星轮齿顶处连接直线段的倾斜度为星轮齿顶周向速度与螺杆上母线对应点的周向速度之比，经推导为：β＝εRt/Ri 式中，ε——螺杆齿数与星轮齿数之比； Rt——星轮齿顶半径，m； Ri——螺杆母线上对应于齿顶啮合点处的半径，m；(3)从星轮中性面上的第一条特征直线的两端点出发，按上述求出的两端点的连接直线段的倾斜度作射线，在这两条射线上，分别截取与星轮中性面的等高线，等高线的长度取为星轮齿的厚度除以要设置的特征线数之商。