專利名稱：多圓柱非等長銑削包絡(luò)的單螺桿壓縮機齒面型線構(gòu)成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于單螺桿壓縮機和泵的嚙合副的型面構(gòu)成，特別涉及一種多圓 柱非等長銑削包絡(luò)的單螺桿齒側(cè)型面及其對應(yīng)嚙合的星輪齒型面構(gòu)成。
背景技術(shù)：
單螺桿式壓縮機(

圖1、圖2)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)機械， 它是由一個單螺桿轉(zhuǎn)子和兩個星輪及機殼構(gòu)成。自從上一個世紀(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 螺桿壓縮機具有較良好的性能，但他們的星輪和螺桿核心技術(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)制造這種壓縮機產(chǎn)品(郁永章.《容積式壓縮機技術(shù)手冊》 機械工業(yè)出版.北京· 2000年11月· ISBN 7-111-02260-2. P645)。但國內(nèi)外單螺桿壓縮機 產(chǎn)品的普遍特征是星輪嚙合齒面上沿徑向只有一條棱線與螺桿齒槽側(cè)壁滑動嚙合，十分 易于磨損，機器的容積效率降低較快。尋求一種螺桿和星輪嚙合副型線，使星輪齒面各個點 能輪替與螺桿齒槽側(cè)壁相嚙合，即擴大星輪齒面上的摩擦面積，成了國內(nèi)外單螺桿壓縮機 研究者多年來的努力目標(biāo)。文獻“多圓柱銑削包絡(luò)的單螺桿壓縮機齒面型線構(gòu)成方法”(專利號 2006100426141)給出了一種多圓柱包絡(luò)的單螺桿壓縮機轉(zhuǎn)子型線的構(gòu)造方法，是唯一一個 實現(xiàn)上述目標(biāo)的專利技術(shù)。該專利文獻實際是給出了 用一把銑刀軸線與星輪齒面旋轉(zhuǎn)模 式相同的銑刀，來加工成型一個螺桿齒槽側(cè)壁時，每調(diào)整一次圓柱銑刀軸線的方位(不改 變圓柱銑刀軸向伸出長度)，便對齒槽側(cè)壁實施一次銑削，這樣反復(fù)多次地切削一個齒槽側(cè) 壁的方法，就是多圓柱銑削包絡(luò)。按照機械加工和傳動理論，這種銑削長度相等的多圓柱包 絡(luò)的單螺桿轉(zhuǎn)子齒槽側(cè)面，只能與其對應(yīng)的多個圓柱參與切削的組合面構(gòu)成的星輪齒面型 線構(gòu)成嚙合副，從而使星輪齒面上都能參與嚙合，改變了傳統(tǒng)單螺桿壓縮機星輪直面上只 有一條固定不變的棱線嚙合的狀況。使星輪的磨損度大大降低，壽命延長。但是這種多圓柱等長度銑削包絡(luò)的單螺桿壓縮機轉(zhuǎn)子齒面在與對應(yīng)的星輪齒面 嚙合中，當(dāng)星輪齒后側(cè)脫離螺桿齒槽的過程中，會形成很大的泄露三角形，造成排氣過程中 的氣體泄露大幅增加。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種多圓柱非等長銑削包絡(luò)的單螺桿壓縮機螺桿齒槽側(cè) 壁和星輪嚙合齒面的構(gòu)成，可比已公開的多圓柱包絡(luò)型線的泄露三角形面積減少80%以 上。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—種多圓柱非等長銑削包絡(luò)的單螺桿壓縮機齒面型線構(gòu)成方法，其特征在于，按 下列步驟進行(1)按照螺桿轉(zhuǎn)子與其共軛嚙合的星輪的運動幾何原理，仿照星輪齒面工作時作圓周運動的形式來移動圓柱銑刀的軸線，對螺桿轉(zhuǎn)子齒槽后側(cè)面進行非等長三圓柱包絡(luò)銑 削對任意一個螺桿齒槽的后側(cè)面加工，先確定第一個工位的銑刀方位，即中間方位 銑刀軸線的坐標(biāo)，取中間方位銑刀的銑削長度與星輪齒長度相同，對螺桿齒槽后側(cè)面實施 第一次走刀加工；將第一次走刀完畢的銑刀停止，沿星輪旋轉(zhuǎn)軸線方向抬高銑刀軸線，確定第二個 工位的銑刀方位，同時把銑刀沿銑刀軸線方向縮回一段距離，使參與螺桿齒槽二次銑削的 長度達到第一次銑削長度的2/3 1/3內(nèi)，實施第二次銑削；將第二次走刀完畢的銑刀停止，沿星輪旋轉(zhuǎn)軸線方向降低銑刀軸到第一次走刀位 置下方，確定第三個工位的銑刀方位，同時把銑刀沿銑刀軸線方向縮回一段距離，使參與螺 桿齒槽切銑削的銑刀長度達到第一次銑削長度的3/4 2/3范圍內(nèi)，實施第三次銑削過程； 結(jié)束后，一個螺桿齒槽后側(cè)面加工完成；(2)與螺桿齒槽后側(cè)面相適配的星輪齒型面構(gòu)成按螺桿轉(zhuǎn)子齒槽后側(cè)面進行非等長三圓柱包絡(luò)銑削的銑刀方位確定方法，通過計 算機數(shù)值模擬記錄步驟(1)中圓柱銑刀的三個空間位置，在四坐標(biāo)或五坐標(biāo)數(shù)控機床上進 行星輪齒型面加工，獲得與螺桿齒面相適配的星輪齒型面構(gòu)成如下將星輪齒沿徑向依次從外向內(nèi)作三個截面，在第一截面處，星輪齒面型線由一個 圓弧段和兩個直線段連接構(gòu)成；在第二截面處，星輪齒面型線由兩個圓弧段和三個直線段 連接構(gòu)成，在第三截面處，星輪齒面型線由三個圓弧線段和四個直線段構(gòu)成。由多圓柱銑刀非等長地參與銑削區(qū)搭接構(gòu)成的星輪齒面是齒后側(cè)面。對于星輪齒 前側(cè)面，多圓柱可以是等長多圓柱包絡(luò)，也可以是非等長多圓柱包絡(luò)。本發(fā)明圓柱銑刀非等長包絡(luò)銑削的單螺桿齒槽對象是與星輪齒后側(cè)相嚙合的螺 桿齒槽后側(cè)壁面，螺桿齒槽前側(cè)面可以是等長度多圓柱銑刀進行加工，得到螺桿齒槽前側(cè) 面的形狀。對于螺桿齒后側(cè)面的加工，只有在一個方位上用于包絡(luò)銑削齒槽的圓柱銑刀，伸 出的長度與星輪齒長相等；銑刀方位上用來加工該齒后側(cè)面的圓柱銑刀，其參與銑削長度 都小于星輪齒長度。本發(fā)明非等長多圓柱包絡(luò)銑削型線嚙合的星輪后側(cè)齒面形成的泄露三 角形比等長度多圓柱包絡(luò)銑削型線嚙合的星輪后側(cè)齒面形成的泄露三角形要小80%以上， 可使單螺桿壓縮機在排氣過程中的氣體泄露大幅減小。
以下結(jié)合附圖及具體實施方式
對本發(fā)明作進一步的詳細說明。圖1、圖2是單螺桿壓縮機的結(jié)構(gòu)示意圖。其中圖2是圖1的俯視圖。圖中101_機 殼，102-星輪，103-排氣口，104-螺桿，105-主軸，106-排氣腔，107-吸氣腔，108-氣缸。圖3(a)是三圓柱銑刀沿螺桿轉(zhuǎn)子齒面母線的銑削截面示意圖；圖3(b)是螺桿轉(zhuǎn) 子與星輪的幾何關(guān)系與圓柱坐標(biāo)系；圖3(c)是星輪齒的截面圖。圖3(d)是圖3(c)的左 視投影；圖中1_展在平面上的母線型線，2-圓柱銑刀，3-螺桿轉(zhuǎn)子，4-星輪，5-星輪齒， 6-星輪齒中性面上的齒面嚙合點對螺桿轉(zhuǎn)子齒面形成的母線在螺桿轉(zhuǎn)子軸端平面中的投 影，7-星輪中性面以外的星輪齒面上的嚙合點對螺桿轉(zhuǎn)子齒面形成的母線在軸端面上的投 影， 表示星輪厚度方向的中性面到齒面某點的尺寸，bj表示一根星輪齒沿周向的中性面到某給定點的尺寸。圖4是本發(fā)明非等長三圓柱包絡(luò)的星輪齒面圖。其中圖4(b)是圖4(a)矩形區(qū)域 的放大圖。圖4(b)中的8，9，10三條窄帶圓弧面，就是參與切削螺桿齒槽表面的圓柱(銑 刀)切削區(qū)。圖5是圖4(b)中星輪齒的三個截面圖。其中圖5 (a)是截面I ；圖5(b)是截面II ； 圖5(c)是截面III ；11、直線段；12、圓弧段。圖6是等長多圓柱與非等長多圓柱包絡(luò)造成泄露三角形的比較。其中圖6(a)是 等長度多圓柱包絡(luò)造成的泄露三角形；圖6(b)是本發(fā)明非等長度多圓柱包絡(luò)造成的泄露 三角形；13、泄露三角形；14、螺桿齒槽后側(cè)面。
具體實施例方式為了更清楚的表述本發(fā)明，首先給出以下定義螺桿齒面型線——星輪齒面給定的點在與單螺桿轉(zhuǎn)子齒面嚙合滑動過程中在轉(zhuǎn) 子齒面上所留下的軌跡成為單螺桿齒面型線，該型線實際就是螺桿柱體內(nèi)齒面上如細腰狀 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。齒前側(cè)與齒后側(cè)的定義為對任意一只星輪齒，在星輪旋轉(zhuǎn)方向上，處在前面位置 的齒面稱齒前側(cè)，處在后面位置的稱齒后側(cè)。槽前側(cè)面與槽后側(cè)面的定義為對任意一只螺桿轉(zhuǎn)子齒槽，與星輪齒前側(cè)相嚙合 的齒槽側(cè)面稱為槽前側(cè)面，與星輪齒后側(cè)嚙合的齒槽側(cè)面稱為槽后側(cè)面。按照本發(fā)明的技術(shù)方案，多圓柱非等長銑削包絡(luò)的單螺桿壓縮機嚙合副齒面型線 方法，按下列步驟進行1)單螺桿齒槽側(cè)型面的構(gòu)造按照螺桿轉(zhuǎn)子與其共軛嚙合的星輪的運動幾何原理，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作圓周運動的形式來移動圓柱銑刀的軸線，對螺桿轉(zhuǎn)子齒槽側(cè) 面進行銑削。一般情況下，螺桿齒槽都是用一把銑刀實施銑削。如果要實施多圓柱(例如 三圓柱)包絡(luò)，則將該銑刀軸線改變3次，來重復(fù)走刀銑削即可完成。對任意一個螺桿齒槽的后側(cè)面加工，先確定中間方位銑刀軸線的坐標(biāo)，取中間方 位銑刀的銑削長度與星輪齒長度相同，對螺桿齒槽后側(cè)面實施第一次走刀加工；將第一次 走刀完畢的銑刀停止，沿星輪旋轉(zhuǎn)軸線方向抬高銑刀軸線，確定第二個工位的銑刀方位，同 時把銑刀沿銑刀軸線方向縮回一段距離，使參與螺桿齒槽二次銑削的長度達到第一次銑削 長度(即星輪尺長)的2/3 1/3內(nèi)，實施第二次銑削過程。將第二次走刀完畢的銑刀停止，沿星輪旋轉(zhuǎn)軸線方向降低銑刀軸到第一次走刀位 置下方。確定第三個工位的銑刀位置，同時把銑刀沿銑刀軸線方向縮回一段距離，使參與螺 桿齒槽切銑削的銑刀長度達到第一次銑削長度的3/4 2/3范圍內(nèi)，實施第三次銑削過程。 于是，一個螺桿齒槽后側(cè)面的加工完成。對于上述圓柱銑刀三次變方位和變長度對螺桿齒槽實施加工所獲得的齒槽側(cè)面 形狀，可以用數(shù)值計算的方法進行描述，在通過五坐標(biāo)數(shù)控銑床編程加工，也能得到同樣的 螺桿齒槽側(cè)面形狀。
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2)圓柱銑刀的方位按以下數(shù)學(xué)關(guān)系式設(shè)定如圖3 (C)、圖3 (d)所示，對螺桿轉(zhuǎn)子取圓柱坐標(biāo)系(R，Ζ，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)子軸向移動的方向，Z軸的零點選取在螺桿 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，螺桿轉(zhuǎn)子圓柱體被星輪中性面所切割的縱向截面 上，對于同一個齒槽兩側(cè)的齒面型線，其起始角θ相同；于是，由一個圓柱銑刀頂端的切削點Pp對螺桿轉(zhuǎn)子齒槽銑削加工所形成的母線 方程組可表達為
權(quán)利要求
一種多圓柱非等長銑削包絡(luò)的單螺桿壓縮機齒面型線構(gòu)成方法，其特征在于，按下列步驟進行(1)按照螺桿轉(zhuǎn)子與其共軛嚙合的星輪的運動幾何原理，仿照星輪齒面工作時作圓周運動的形式來移動圓柱銑刀的軸線，對螺桿轉(zhuǎn)子齒槽后側(cè)面進行非等長三圓柱包絡(luò)銑削對任意一個螺桿齒槽的后側(cè)面加工，先確定第一個工位的銑刀方位，即中間方位銑刀軸線的坐標(biāo)，取中間方位銑刀的銑削長度與星輪齒長度相同，對螺桿齒槽后側(cè)面實施第一次走刀加工；將第一次走刀完畢的銑刀停止，沿星輪旋轉(zhuǎn)軸線方向抬高銑刀軸線，確定第二個工位的銑刀方位，同時把銑刀沿銑刀軸線方向縮回一段距離，使參與螺桿齒槽二次銑削的長度達到第一次銑削長度的2/3～1/3內(nèi)，實施第二次銑削；將第二次走刀完畢的銑刀停止，沿星輪旋轉(zhuǎn)軸線方向降低銑刀軸到第一次走刀位置下方，確定第三個工位的銑刀方位，同時把銑刀沿銑刀軸線方向縮回一段距離，使參與螺桿齒槽切銑削的銑刀長度達到第一次銑削長度的3/4～2/3范圍內(nèi)，實施第三次銑削過程；結(jié)束后，一個螺桿齒槽后側(cè)面加工完成；(2)與螺桿齒槽后側(cè)面相適配的星輪齒型面構(gòu)成按螺桿轉(zhuǎn)子齒槽后側(cè)面進行非等長三圓柱包絡(luò)銑削的銑刀方位確定方法，通過計算機數(shù)值模擬記錄步驟(1)中圓柱銑刀的三個空間位置，在四坐標(biāo)或五坐標(biāo)數(shù)控機床上進行星輪齒型面加工，獲得與螺桿齒面相適配的星輪齒型面構(gòu)成如下將星輪齒沿徑向依次從外向內(nèi)作三個截面，在第一截面處，星輪齒面型線由一個圓弧段和兩個直線段連接構(gòu)成；在第二截面處，星輪齒面型線由兩個圓弧段和三個直線段連接構(gòu)成，在第三截面處，星輪齒面型線由三個圓弧線段和四個直線段構(gòu)成。
2.如權(quán)利要求1所述的多圓柱非等長銑削包絡(luò)的單螺桿壓縮機齒面型線構(gòu)成方法，其 特征在于，由多圓柱銑刀非等長地參與銑削區(qū)搭接構(gòu)成的星輪齒面是齒后側(cè)面，對于星輪 齒前側(cè)面，多圓柱包絡(luò)銑削是等長多圓柱包絡(luò)銑削，或非等長多圓柱包絡(luò)銑削。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多圓柱非等長銑削包絡(luò)的單螺桿壓縮機齒面型線構(gòu)成方法，采用不同方位的多圓柱銑刀對螺桿轉(zhuǎn)子的同一個齒面母線進行重復(fù)切削，實現(xiàn)多圓柱包絡(luò)型線，其特征是在星輪齒面與螺桿轉(zhuǎn)子齒面的一個嚙合周期內(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。這種非等長多圓柱包絡(luò)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)子齒面滑動嚙合，特別是能夠?qū)崿F(xiàn)星輪齒在嚙合出口區(qū)形成很小的泄露三角形，使單螺桿壓縮機在排氣過程中的氣體泄露大幅減小。
文檔編號B23F5/20GK101961802SQ201010293319
公開日2011年2月2日 申請日期2010年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月27日
發(fā)明者余小玲, 馮全科, 吳偉烽, 徐健, 趙忖, 郭蓓 申請人:西安交通大學(xué)