螺旋转子型线啮合间隙的设计应用

刘佰达

（上海偌托新能源科技有限公司，上海201600）

螺旋转子型线啮合间隙的设计应用

刘佰达

（上海偌托新能源科技有限公司，上海201600）

阐述了采用空间曲线方程切线斜率逼近弧微分的方法，沿着节圆啮合接触带的高压工作侧进行展成，从而获得良好啮合空间间隙的设计应用。

螺旋转子；齿廓；高能效；啮合间隙；展成

1　引言

螺旋转子间隙通常采用的设计方法是采用理论齿廓方程直接铣削切出螺旋转子，即螺旋公转子和螺旋母转子。同时采用拉大中心距、深切、刀具修正等传统方法获得一定间隙。但这些方法因精度低而存在一些缺陷：主机易抱死、加工效率低、废品率高、与国外同类产品相比容积效率低、噪声大、内压波动大、泄漏三角形增大、间隙不均匀等。不能达到批量高精度、高效产品设计和保障机组可靠运行的实际要求，也造成了电耗高、油耗高、高成本、耗时、费工、停产等问题。

由于间隙引起的泄漏，会降低容积效率。但是，螺旋齿廓的间隙又是主机安全运行所必需的。因此，准确计算出螺旋齿廓的间隙分布再合理选取均匀间隙值是非常重要的。

2　附图说明

图1为本方法中螺旋转子理论齿廓曲线与实际齿廓曲线的空间坐标数学模型解析示意图。

图2为本方法中螺旋转子中的螺旋公转子与螺旋母转子空间轭合示意图。

图3为本方法中螺旋母转子与螺旋公转子齿廓端面间隙示意图。

图1　

参见图2、3，双轴主机螺旋动力发生装置中的螺旋转子通过在径向与轴向固定，所述的螺旋转子包括螺旋公转子2与螺旋母转子1。其中，螺旋公转子2轴端输入传动力矩带动螺旋母转子1在腔体内的高速旋转产生一个间隙5润滑密封，并通过螺旋公转子2与螺旋母转子1的齿间密封容积的缩小与压力气体的排放相对应。

图2　

图3　

3　设计方法

合理的螺旋齿廓间隙值，是双轴主机螺旋动力发生装置安全运行所必需的。本方法是通过以下技术理论，同时考虑主机工作工况、驱动区域、选择性添加区、精度、介质特性及部件材质等具体条件加辅以数据修正。在螺旋转子齿侧添加间隙，使相互轭合的螺旋公转子与螺旋母转子的轭合空间工作间隙为0.02～0.035 mm时，该对空间轭合螺旋转子的空间曲面接触线短、封闭容积小、过渡光滑、噪声低，能有效减小动力损失，并且耐磨，因而整体性能达到最优化设计。

3.1获得实际齿廓分段方程的数学计算方法

（2）当该点沿法线NN方向移动，则有

（3）由此得空间离散点坐标组成的实际齿廓分段方程为

（4）以拉格朗日插值多项式L（x）近似表示理论齿廓分段方程所获得的理论齿廓曲线上的3个点i-1、i、i+1，其中i点位于法线NN上，其坐标值为（xi，yi），i-1点与i+1点是分别位于xi两侧的、在理论齿廓曲线上的点，i-1点的坐标值为（xi-1，yi-1），i+1点的坐标值为（xi+1，yi+1），由此3个点i-1、i、i+1获得的曲线方程

则此曲线方程y（x）的曲线斜率

（5）求i点的一阶导数k，令x=xi，得到i点的斜率

通过编程软件，将此i点的斜率k代入实际的齿廓分段方程中，即得到实际齿廓曲线′≈理论齿廓曲线。其中理论齿廓曲线上的3个点i-1、 i、i+1，其中i点位于法线NN上，其坐标值为（xi，yi），i-1点与i+1点是分别位于xi两侧的、在理论齿廓曲线上的点，i-1点的坐标值为（xi-1，yi-1），i+1点的坐标值为（xi+1，yi+1）。

3.2实际制造及工艺要求

本方法中螺旋转子采用45号调质钢棒料，热处理后的硬度为HB190～240，螺旋公转子长径比范围为1.4～2.0；铣削螺旋角度30°～60°，然后再采用如下方法进行加工。

适用运行工况：保证机组运行排气温度小于110℃、排气压力小于3.0 MPa，进行有油强制冷却润滑；

生产过程中对螺旋转子中的螺旋公转子和螺旋母转子进行分别展成加工。

在展成精密加工后进行在线检测，需保证螺旋公转子与螺旋母转子的如下空间轭合精度参数：

（1）空间齿廓零对零接触带在冷却润滑的条件下，空间零对零接触带宽度为0.1～0.2 mm；

（2）加工后动平衡G2.5级；

（3）当螺旋齿廓外径在小于Ф300 mm时，型线的误差小于±0.01 mm；

（4）当螺旋齿廓外径小于Ф300 mm时，全导程的误差小于±0.01 mm，分度的误差小于±0.01 mm；

（5）表面光洁度需达到0.4～0.8。

4　结论

综上所述，最终获得典型产品的螺旋齿廓，空间工作间隙可减小到0.024 mm，且间隙均匀连续，减少泄漏面积显著，大大提高排气效率。实际效果是螺旋公转子与螺旋母转子的空间曲面接触线短，封闭容积小，有利压力油膜形成，消除加工尖点、重复点和间断点，从而形成光滑过渡，有效减小动力损失并提供了高效均匀密封带。

通过积极的使用经验、长期试验运行数据反馈并结合数学空间解析原理，本方法中的高精度空间螺旋齿廓高效轭合展成间隙的方法，凭借其优化空间轭合工作间隙法的大胆创新，可大幅度提高机组的使用寿命、效率及可靠性。

［1］伍贤君.螺杆压缩机转子磨削成形法［J］.流体机械，2000.

［2］李文林，周瑞秋，赵超人.回转式制冷压缩机［M］.北京：机械工业出版社，1990.

［3］邓定国，束鹏程.回转式压缩机（修订本）［M］.北京：机械工业出版社，1988.

［4］郁永章.容积式压缩机设计手册［M］.北京：机械工业出版社，2000.

Design and Application of Screw Rotor Profile Meshing Gap

LIU Bai-da
（Shanghai Ruotuo New Energy Technology Co.，Ltd.，Shanghai 201600，China）

This paper specified the method of using space curve equation tangent slope approaching arc differential，along the highpressure working side of meshing with the pitch to expand as to obtain the design and application of good meshing space gap.

screw rotor；tooth profile；high energy efficiency；meshing gap；expansion

TH455

B

1006-2971（2015）02-0023-03

刘佰达，男，2000年毕业于上海理工大学，现任上海偌托新能源科技有限公司总经理。E-mail：18717725285@163.com［J］.BulletinofJSME，1973，16（91）.

2015-01-08