专利名称：一种单螺杆压缩机啮合副的包络齿型面的制作方法
技术领域：
本发明涉及机械零部件的结构，特别是涉及一种单螺杆压缩机啮合副的齿型面结构。
背景技术：
压缩机广泛应用于铁路、轮船、矿山、建筑、化工、纺织、冶金机械、军工仪表、舰艇等行业。单螺杆压缩机与往复式活寒压缩机、双螺杆压缩机相比，具有结构简单、运转可靠、 体积小、重量轻、噪音低等优点。国外能生产单螺杆空压机的有法、日、英、美、荷兰等十余家公司，近年来我国一些厂家也开始生产单螺杆压缩机，但其性能指标普遍不及进口产品。特别是在使用同样材料的情况下，而日本星轮寿命是我国的2倍左右。目前，普遍认为这是由单螺杆压缩机啮合副的加工精度造成的差异。据中国压缩机协会的不完全统计，2005年国内整个单螺杆产品年产量约3000 4000台，而双螺杆压缩机的年销售量(国外公司的主机占70%以上)已达到80000 100000台之多。上海的台湾复盛公司是一家国际型压缩机制造公司，现在一直以高价钱从日本三井公司购买单螺杆压缩机的主机配备其辅机系统后供应国内外市场。因此，单螺杆压缩机在国内有巨大的发展空间。但星轮齿磨损快，使用寿命短的问题成了国内二十多年来始终难以逾越的障碍。单螺杆压缩机的核心部件是由螺杆、星轮构成的啮合副(
图1)，它的加工是单螺杆压缩机零件加工中难度最大的地方。而啮合副的型线对加工方法和加工难度影响很大。 国外已公开的单螺杆压缩机型线有直线包络和圆柱包络两种。国内曾有人提出二次包络类型的型线，但均由于加工问题尚未实现。
发明内容
本发明所要解决的问题是提供一种连续啮合的星轮齿面和对应的齿槽型面，可实现整个星轮齿侧面能与螺杆齿槽面啮合，且星轮齿面的啮合区域是连续的一个整体。为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的—种单螺杆压缩机啮合副的包络齿型面，包括星轮齿的侧面和螺杆齿槽的侧面， 其螺杆齿槽侧面是星轮齿侧面的包络面，其特征在于啮合副的星轮齿侧面与螺杆齿槽侧面的啮合区域为连续啮合曲面，星轮齿侧面由连续啮合曲面和非连续啮合曲面两种曲面组成，其连续啮合曲面拓展至整个星轮齿侧面大部分，非连续啮合曲面只占据整个星轮齿侧面的小部分；其中，连续啮合曲面至少一个，除连续啮合曲面之外的表面则是非连续啮合曲面；在齿根位置，连续啮合曲面宽度缩小为零；啮合过程中，星轮齿侧面与螺杆齿槽侧面的接触线在所有连续啮合曲面内移动；其中，与星轮齿垂直的平面Y和星轮齿侧面的连续啮合曲面相交形成交线，该交线在所述星轮齿垂直的平面内的切线的特点为从该交线的上端点至下端点，切线与平行于星轮上、下表面的水平面λ的夹角是单调变化的；从该交线的上端点至下端点，其曲率是逐渐变化的。
上述方案中，所述从该交线的上端点至下端点，切线与平行于星轮上、下表面的水平面λ的夹角的取值范围在按下式确定的范围[Cimin，QmJ之内a = atani _ C0S‘ _% 叫
Iv J2 -Pz2 Sin^sw J式中为星轮齿的转角范围，P为星轮的齿数与螺杆的槽数的比值，x2，y2，h为交线上某点的坐标；的转角范围是交线上的点能与螺杆齿槽面发生啮合的星轮齿转角的取值范围，在这个范围内根据上式求取出α角的范围[amin，QmaJ0所述的交线分为两种，一种是连续啮合曲面与垂直于星轮齿平面Y的交线Ly，另外一种是非连续啮合曲面与垂直于星轮齿平面Y的交线Lf，两种交线段在连续啮合曲面和非连续啮合曲面的交界处相互连接，所有交线段前后相连构成星轮齿侧面的一整条交线； 在与星轮齿垂直的平面Y过同一个连接点分别作前述两部分交线的切线，并将Lf的切线与水平面X2-02-Y2的夹角记作ajf，将Ly的切线与水平面X2_02_Y2的夹角记作ajY，定义Z2轴的正方向为上方，Z2轴的负方向为下方，对于齿后侧，若Ly在Lf的下方，则在它们的交点处，ajf彡aJy ；若1^在1^的上方，则在它们的交点处，彡ajf ；对于齿前侧，若 Ly在Lf交线的下方，则在它们的交点处，彡Cijf ；若Ly在Lf的上方，则在它们的交点处，aJf 彡 ajY。所述平行于星轮上、下表面的水平面λ与星轮齿侧面相交形成另一条交线，该交线分为两部分，一部分为平面λ与连续啮合曲面的交线La，另一部分为平面λ与非连续啮合曲面的交线Lg，在平面λ内过交线La上任意点B作交线La的切线，该切线与竖直平面Χ2-02-Ζ2的夹角为βΒ，βΒ介于0和D2)之间。所述非连续啮合曲面是齿槽侧面包络星轮齿面所形成的二次包络曲面，即星轮齿面中的非连续啮合曲面是二次包络面。所述螺杆齿槽的侧面是由星轮齿侧面中的啮合曲面包络成型的，即螺杆齿槽侧面与星轮齿侧面的啮合曲面满足包络啮合条件。采用本发明的星轮齿侧型面和螺杆齿槽型面的优点是，在啮合过程中，星轮齿侧面和螺杆齿槽面之间的接触线在星轮齿侧面的连续啮合曲面内移动，这种啮合副齿面可使星轮受到稳定的油膜力作用，且可以通过合理设计齿前侧和齿后侧的型面，均勻分布星轮齿前侧和齿后侧的油膜承载力，在工作过程中保持星轮齿前、后侧与齿槽间的间隙相等，使星轮齿前、后侧间隙内形成有效的流体动力润滑，从而提高单螺杆压缩机的可靠性与效率， 延长使用寿命。
以下结合附图及具体实施方式
对本发明作进一步的详细描述。图1为单螺杆压缩机螺杆与星轮配合立体图。图2为单螺杆压缩机啮合副的星轮齿与螺杆齿槽间的运动关系和相应的坐标系统。图3为星轮齿面任意点星轮与螺杆的相对速度在星轮坐标系S2中的表达。图4为本发明星轮齿侧面与垂直于星轮齿的平面相交的情景。图5为本发明星轮齿侧面与平行于星轮齿的平面相交的情景。图6为本发明实施例2中齿后侧啮合曲面与垂直于星轮齿的平面的交线。
图7为本发明实施例2中齿后侧曲面。其中图2、图4-图7中的附图标记为1、螺杆；2、星轮；3、星轮齿；4、星轮齿侧面；5、齿槽；6、星轮齿上表面；7、齿顶；8、连续啮合曲面；9、非连续啮合曲面；10、齿根；11、 星轮下表面；12、代表啮合区域的椭圆线I ；13、代表啮合区域的椭圆线II ；14、椭圆线的切线；15、连续啮合曲面边界。
具体实施例方式
单螺杆压缩机星轮齿侧型面应与螺杆齿槽侧面满足共轭啮合关系，即在星轮齿侧面与螺杆齿槽面的接触点上，星轮与螺杆的相对速度与齿侧面或齿槽面在该点相切，可表示为在接触点先对速度与接触面的法向量垂直
权利要求
1.一种单螺杆压缩机啮合副的包络齿型面，包括星轮齿的侧面和螺杆齿槽的侧面，其螺杆齿槽侧面是星轮齿侧面的包络面，其特征在于啮合副的星轮齿侧面与螺杆齿槽侧面的啮合区域为连续啮合曲面，星轮齿侧面由连续啮合曲面和非连续啮合曲面两种曲面组成；其中，连续啮合曲面至少一个，除连续啮合曲面之外的表面则是非连续啮合曲面；在齿根位置，连续啮合曲面宽度缩小为零；啮合过程中，星轮齿侧面与螺杆齿槽侧面的接触线在连续啮合曲面内移动；其中，与星轮齿垂直的平面Y和连续啮合曲面相交形成交线，该交线在所述星轮齿垂直的平面内的切线的特点为从该交线的上端点至下端点，切线与平行于星轮上、下表面的水平面λ的夹角是单调变化的；从该交线的上端点至下端点，其曲率是逐渐变化的。
2.如权利要求1所述的单螺杆压缩机啮合副的包络齿型面，其特征在于所述从该交线的上端点至下端点，切线与平行于星轮上、下表面的水平面λ的夹角的取值范围在按下式所确定的范围[amin，QmJ之内a = atani Pa-Pj2COS^w -PxX、 I J2 -Pz2 Sin^sw y式中为星轮齿的转角范围，P为星轮的齿数与螺杆的槽数的比值，X2, y2, h为交线上某点的坐标；的转角范围是交线上的点能与螺杆齿槽面发生啮合的星轮齿转角的取值范围，在这个范围内根据上式求取出α角的范围[Cimin，QmaJ0
3.如权利要求1所述的单螺杆压缩机啮合副的包络齿型面，其特征在于星轮齿侧面与垂直于星轮齿的平面Y相交形成的交线分为两种，一种是连续啮合曲面与垂直于星轮齿平面Y的交线LY，另外一种是非连续啮合曲面与垂直于星轮齿平面γ的交线Lf，两种交线段在连续啮合曲面和非连续啮合曲面的交界处相互连接，并成为星轮齿侧面的一整条交线段；在与星轮齿垂直的平面Y过同一个连接点分别作前述两部分交线的切线，并将Lf的切线与水平面X2-02-Y2的夹角记作α的切线与水平面X2_02_Y2的夹角记作α Jy, 定义Z2轴的正方向为上方，Z2轴的负方向为下方，对于齿后侧，若Ly在Lf的下方，则在它们的交点处，α jf彡Qjy ；若Ly在Lf的上方，则在它们的交点处，α ( α jf ；对于齿前侧， 若Ly在Lf交线的下方，则在它们的交点处，aJy ^ α Jf ；若Ly在Lf的上方，则在它们的交点处，a Jf ^ a JY。
4.如权利要求1所述的单螺杆压缩机啮合副的包络齿型面，其特征在于所述平行于星轮上、下表面的水平面λ与星轮齿侧面相交形成一条交线，该交线分为两部分，一部分为平面λ与连续啮合曲面的交线La，另一部分为平面λ与非连续啮合曲面的交线Lg，在平面λ内过交线！^上任意点B作交线La的切线，该切线与竖直平面Χ2-02-Ζ2的夹角为 β β，β Β介于O禾口 β·χ(ζ2)之间。
5.如权利要求1所述的单螺杆压缩机啮合副的包络齿型面，其特征在于所述非连续啮合曲面是齿槽侧面包络星轮齿面所形成的二次包络曲面，即星轮齿面中的非连续啮合曲面是二次包络面。
6.如权利要求1所述的单螺杆压缩机啮合副的包络齿型面，其特征在于所述螺杆齿槽的侧面是由星轮齿侧面中的啮合曲面包络成型的，即螺杆齿槽侧面与星轮齿侧面的啮合曲面满足包络啮合条件。
全文摘要
本发明涉及一种单螺杆压缩机啮合副的包络齿型面，包络星轮齿面与对应的螺杆齿槽型面，其整个星轮齿侧面能与螺杆齿槽面啮合，且星轮齿面的啮合区域为连续啮合曲面。啮合过程中，星轮齿侧面和螺杆齿槽面的接触线在整个连续啮合曲面内移动。采用这种啮合副齿面可使星轮受到稳定的油膜力作用，提高单螺杆压缩机的寿命和效率。且可以通过合理设计齿前侧和齿后侧的型面，均匀分布星轮齿前侧和齿后侧的油膜承载力，在工作过程中保持星轮齿前、后侧与齿槽间的间隙相等。
文档编号F04C29/00GK102338091SQ20111031497
公开日2012年2月1日 申请日期2011年10月17日 优先权日2011年10月17日
发明者冯全科, 刘飞龙, 吴伟烽, 李挺, 赵忖 申请人:西安交通大学