螺桿空壓機(jī)齒形的研究

1、螺桿空壓機(jī)齒形的研究1. 齒形的要求根據(jù)螺桿空壓機(jī)的作用，螺桿齒形除應(yīng)滿足一 般的嚙合運動的要求外，還應(yīng)滿足以下幾點基本要 求：(1) 螺桿齒形在嚙合過程中，應(yīng)具有排出和 吸入方面的氣密性，或稱之為橫向氣密性；(2) 螺桿齒形在嚙合過程中，應(yīng)具有齒間容 積之間的氣密性，或稱之為軸向氣密性；(3) 螺桿齒形在嚙合過程中，應(yīng)具有盡可能 短的接觸線長度；(4) 螺桿齒面在嚙合過程中，應(yīng)具有較小的 吸入封閉容積和排出封閉容積；(5) 螺桿齒形應(yīng)具有較大的面積利用系數(shù)。此外，從制造、運轉(zhuǎn)角度考慮，還要求螺桿齒 面便于加工制造，具有良好的嚙合特性，較小的氣 體動力損失，以及在熱態(tài)和受力的情況下具有小的不均

2、勻熱變形、彎曲變形等。齒形的研究在螺桿空壓機(jī)的發(fā)展過程中始終 是一個關(guān)鍵問題。它對壓縮機(jī)的效率、性能、體積 等有著決定性的影響。2. 齒形的種類齒形的研究在螺桿空壓機(jī)的發(fā)展過程中始終 是一個關(guān)鍵問題。它對螺桿壓縮機(jī)的效率、性能、 體積等有著決定性的影響。在60年代以srm為代表的標(biāo)準(zhǔn)不對稱齒形的基礎(chǔ)上，國內(nèi)外有關(guān) 的制造廠家業(yè)已研制出一些新的高效齒形。1）sigma齒形聯(lián)邦德國kaeser壓縮機(jī)于1975 年研制成sigma齒形。該齒形1所示。由圖可見 ‘陽螺桿與陰螺桿齒數(shù)比z1/z2二5/6顯然，sigma齒形是一種不對稱齒，但它不采 用點嚙合擺線，而是采用橢園、拋物線、

3、圓弧及相 關(guān)的共軌齒曲線，這就使得接觸線較短，消除了密閉容積。同時，整個齒形（以及相應(yīng) 的齒面）光滑流暢，減少了氣體的流動阻力。此外, 該齒形是屬于單邊齒形，使整條接觸線上相對運動的速度差有所增加，有利于提高間隙密 封的效果。sigma齒形的缺點，主要是泄漏三角形 較大，面積利用系數(shù)較小。盡管如此，據(jù)稱其比功率比日前廣泛采用的不對稱齒形要低14% 左右。2) x齒形瑞典atlascpco在srm在不對稱齒的 基礎(chǔ)上于1976年又推出新的x齒形。該齒形見圖 2o由圖可見，陽、陰螺桿的齒數(shù)比仍為 zl/z2 = 4/6o它是一種不對稱齒形，采用點嚙合擺線是為了 盡可能地減少泄漏三角形，為了保護(hù)點嚙

4、合擺線的 形成點，同時采用了為值很小的徑向直線段；增大齒高半徑，減薄齒厚，以提高面積利 用系數(shù)。總的來說，x齒形特別是齒形的背段與單 邊不對稱擺線一銷齒圓弧齒形十分相似，但減少了陰螺桿棱角擾動氣流的動力損失。3) ghh齒形聯(lián)邦德國ghh于1979年設(shè)計試驗 得一種chh新齒形。該齒形見圖3。由圖可見，陽、 陰螺桿的齒數(shù)比為z1/z2二5/6。ghh齒形綜合了 x齒形和sigema齒形的優(yōu)點。 首先，在ghh齒形中采用點嚙合擺線作組成齒曲 線，盡量減小泄漏三角形面積，同時取用比x齒形直線段為小的值作為陰螺桿的齒頂高，所以 ghh齒型的泄漏三角形面積只有x齒形的1/6,從 而降低了泄漏損失，提高

5、了內(nèi)壓縮效率。第二，與x齒形相類似，采用較大的齒高半徑，增大齒 深，減薄齒厚，提高面積利用系數(shù)。第三，采用了 與sigema齒形相同的齒數(shù)比(zl/z2=5/6),同吋注意到齒形結(jié)構(gòu)參數(shù)的選取，以限制陰陽螺 桿外徑相差過大，使陰陽螺桿的齒頂速度較為接 近，且都在最佳圓周速度范圍內(nèi)，導(dǎo)致壓縮機(jī)的效率較高。第四，3所示，ghh齒形呈流 線型，這在陰螺桿上表現(xiàn)尤為明顯，從而降低了氣 流的動力損失?？傊?，ghh齒形是一種有發(fā)展前途的高效齒形。據(jù)稱，ghh齒形螺桿壓縮機(jī) 比目前的不對稱齒形效率高14%左右。3.齒形綜述如前所述，螺桿空壓機(jī)的齒形對機(jī)器的效率、 性能、體積以及加工制造有決定性的影響。因此，

6、 在新齒形的研制上，在種齒形的相互比較上，研究者對以下幾點予以特別的關(guān)注。1）關(guān)于泄漏三角形所謂泄漏三角形，是指在嚙 合的高壓側(cè)范圍內(nèi)，陽、陰螺桿齒間容積對之間的 氣體泄漏通道，是空間的曲邊三角形。由于它的存在不能確保螺桿壓縮機(jī)的軸向氣 宓牡我們知道，對稱圓弧齒形具有相當(dāng)大的泄漏三 角形面積，而擺線齒形的最大特點是具有理想的軸 向氣密性，理論上可以使泄漏三角形面積為零。由于考慮到其他因素對原始不對稱齒形 作某些修正（如直線倒棱、增加齒峰圓弧等），致 使軸向氣密性有所降低。即使如此，它們的泄漏三角形面積還是比對稱圓弧齒形的要小得多。 例如，srm標(biāo)準(zhǔn)對稱圓弧齒形的泄漏三角形面積比 atlas齒形

7、耍大50多倍；比軸向氣密性相對較差的srm不對稱圓弧齒形也要大4倍以上?；谶@一原因，早期的不對稱齒形要比對稱圓弧齒形的 功率消耗要低10%左右，而各種不對稱齒形間的功率消耗相互間僅有1.5%的差別，這是由于 它們都是以擺線作為齒形背段的主體所決定的。因 此，就此而言，泄漏三角形較小的齒形是高效的齒形。2）關(guān)于接觸線長度實際運轉(zhuǎn)的螺桿齒面間總 是保持一定間隙的，因而理論上的接觸線就轉(zhuǎn)化成 實際上的間隙帶。為了降低經(jīng)過間隙帶的氣體泄漏量，首先應(yīng)當(dāng)是減短接觸線長度。不 對稱齒形(如atlas齒形)的接觸線較長，它要比 srm對稱圓弧齒形的接觸線長15%左右，致使其橫向氣密性較對稱圓弧齒形有所遜色。

8、3) 關(guān)于齒數(shù)比我們知道，螺桿壓縮機(jī)的效率在 很大程度上取決于齒頂?shù)淖罴褕A周速度。就此而 言，齒數(shù)(5/6)較(4/6)更為有利，即前者的陽、陰螺桿的齒頂圓周速度比較接近， 有利于提高機(jī)器的效率。概括地說，現(xiàn)代齒形的設(shè) 計已突破了傳統(tǒng)的齒數(shù)比(4/6),趨向于（5/6）的齒數(shù)比。4）接觸線上的相對速度我們知道，在螺桿壓縮 機(jī)的對螺桿之間，實際上必須保持一定的間隙。 高壓氣體經(jīng)過此間隙泄漏至腔室。減少這種氣體泄漏量除了控制間隙外，還依靠一 對螺桿高速旋轉(zhuǎn)所造成的相對速度。高的相對速度 能產(chǎn)生大的氣體流動阻力，從而減少泄漏損失,獲得高的效率。但是，處于節(jié)圓上（或節(jié)圓 附近）的齒形曲線，無速度差（或

9、者很小）。所以,在相應(yīng)接觸線兩側(cè)的氣體泄漏只能借間隙予以保證，不能利用相對速度差來提高壓縮機(jī)的 橫向氣密性。為此在sigma齒形中，陰螺桿的全咅e 齒形均設(shè)置在小于節(jié)圓的范圍內(nèi)，造成沿整個接觸線都有相對速度差，類似的在ghi齒形中， 將節(jié)圓上的齒形曲線縮短為一個點，都是為了提高 整個齒形的橫向氣密性。5）關(guān)于密閉容積如上所述，點嚙合擺線作為齒 形曲線的優(yōu)點是能夠減少甚至完全消除泄漏三角 形，其缺點主要是接觸線長且具有封閉容積。我們知道，封閉容積需要消耗一定的壓縮 功。對噴油螺桿壓縮機(jī)，尚需在結(jié)構(gòu)上開設(shè)卸荷槽, 以避免油擊現(xiàn)象，同時，封閉容積也使排量有所下降。6）關(guān)于面積利用系數(shù)面積利用系數(shù)表征

10、螺桿 公稱直徑范圍內(nèi)總面積的利用程度，是與齒形、齒 形結(jié)構(gòu)參數(shù)（齒高半徑、齒數(shù)）有關(guān)的?？偟恼f來，應(yīng)爭取面積利用系數(shù)大一些，但不 能單一地增加齒高半徑的辦法，而應(yīng)同時與齒數(shù)相配和才能取得大的面積利用系數(shù)。在3-10中列出了一些齒形的面積利用系數(shù)，其中以ghh齒 形為最高。7）便丁加工制造近15年來，由于螺桿壓縮機(jī) 產(chǎn)量的迅速增加，要求提高螺桿的加工和精度，以 往的盤形銃刀優(yōu)越。這就要求新的齒形除效率高外，同吋具備優(yōu)良的滾削性能。首先要 求螺桿齒形不發(fā)生根切；在齒形上要避免直線段， 因為直線段齒形會使?jié)L刀壽命大大縮短。目前廣泛使用srm齒形、x齒形適宜與采用滾削法 加工，而sigma具形和ghh齒形則利于采用連續(xù)滾 削法加工。8）關(guān)于齒形的流線型化由于螺桿齒頂?shù)膱A周 速度較高，為了降低氣體的動力損失（有時還應(yīng)包 括擾動油的液力損失），現(xiàn)代的新型齒形呈現(xiàn)出一種流線型化的趨勢。這在sigma齒 形、x