1引言
用螺桿式壓縮機取代活塞式壓縮機是動力用空氣壓縮機發(fā)展的必然趨勢之灼。螺桿式壓縮機分為雙螺桿和單螺桿兩種廊酣。雙螺桿壓縮機的一對轉子實質上是一對斜齒輪荷并，屬于平面嚙合，其齒形目前主要依靠引進目胡，用于轉子精加工的數控磨床則完全依賴進口锯七。由于目前國產雙螺桿空壓機的性能與國外有一定差距，因此進口雙螺桿壓縮機占據了國內市場的主導地位誉己，不僅價格昂貴眉尸，維修與配件供應也不及時，這種狀況將會對國民經濟的安全產生不利影響巨双。
螺桿式壓縮機在國防軍上噪猾、空凋制冷等領域應用廣泛。如海軍對空壓機的技術性能有著嚴格要求：潛艇要用高壓空氣將水排出后才能浮出水面筑累，而潛艇噪聲大則易被敵方聲納捕捉畏妖，因此要求壓縮機具有振動小、噪聲低宗揣、可靠性好层掺、節(jié)能等優(yōu)點。美國海軍在對現有的各類空壓機進行了嚴格的論證后認為單螺桿壓縮機由于具有上述優(yōu)點芍摩，完全可滿足潛艇對高性能壓縮機的要求渴门。但單螺桿壓縮機轉子為空間嚙合副，其嚙合理論的研究及加工技術的開發(fā)比雙螺桿壓縮機更困難，目前國外僅日唆蕾、美等少數國家在引進法國專利后可以生產潭拖，主要用于空氣壓縮機、空調壓縮機和工藝壓縮機等衡辨。單螺桿壓縮機是我國至今唯一未能引進的高檔壓縮機種厦螟。我國從上世紀 70年代開始對單螺桿壓縮機的研制進行攻關，研制工作得到了原國家科委怎开、國防科工委及相關部癣二、省的支持，取得了一定進展铲蒸，但尚未解決高精度專用機床與星輪加工等關鍵技術哥谷，開發(fā)的單螺桿壓縮機在壽命和能耗等方面尚須進一步改進。
2 星輪的齒形
單螺桿壓縮機中由有6個齒槽的螺桿(蝸桿)與有11個齒的星輪(蝸輪)所構成的嚙合副實質上是一對特殊的高精度環(huán)面蝸桿副麻献。它的特殊之處在于：螺桿的外形不是環(huán)面而是圓柱面(或者說螺桿的外形與普通圓柱蝸桿相同们妥，而其齒形與環(huán)面蝸桿相同)。
- 傳統(tǒng)齒形
- 由于環(huán)面蝸桿副工作時勉吻，蝸輪的一個齒上有兩條接觸線(一條在母面或母線上监婶，另一條在二次包絡面上)，因此研究人員普遍認為單螺桿壓縮機的嚙合副也是雙線接觸齿桃。
- 新齒形
- 20 年前(大約比國外早10年)压储，筆者發(fā)現星輪的一個齒上同時有三條接觸線，星輪的齒面由母面(或母線)3源譬、二次包絡面4、特形面5三部分組成(見圖1)孕似。特形面亦稱第三工作區(qū)踩娘。第三工作區(qū)的出現使星輪的有效下作齒面面積擴大了5倍，星輪的壽命也因此延長數倍喉祭。筆者將這種新發(fā)現的齒形稱作星輪的“新齒形”养渴。
w1——星輪角速度；w2——螺桿角速度抛惶；
1.星輪 2.螺桿 3.母線 4.二次包絡面 5.第二工作區(qū)
圖1 |
3 星輪滾刀的設計
星輪的這種新齒形在提高嚙合副的密封性能與工作壽命方面的優(yōu)勢是非常明顯的伍茎，但是還必須解決它的加工技術。用常規(guī)設計的滾刀加工這種新齒形時會產生以下問題:①滾刀刀刃的合理前角從頭到尾應有近30°的變化衡蟹，然而在既深又窄的刀槽里已清，刃磨這樣的前刀面是難以實現的;②滾刀重磨后所加工星輪的齒形與齒寬都將發(fā)生不允許的變化;③鏟磨工序的精度難以保證。為了解決單螺桿壓縮機星輪新齒形的加工問題镇弄，筆者研制了一種特殊滾刀卷霜。
- 短滾刀結構
- 當用假想的滾刀滾切星輪并計算每一個刀刃的切削余量時，發(fā)現滾刀左端刀刃的切削余量僅數微米。如果將滾刀的左端去掉遗渊，由此所產生的齒形誤差將很小鄙幸。因此設計時將滾刀截短，這種短滾刀結構不僅降低了滾刀的制造難度什异，而且降低了切削力邦墅。
- 滾刀片的設計
- 將截短的滾刀分成四段，其主要好處是:①將原來在窄縫中難以刃磨的刀刃變成在敞開的端面上的刀刃毙驯，極大地方便了刀片的刃磨和檢測;②可以方便地利用6頭滾刀的特點倒堕，把刀刃縮短為原長的1/6,不僅大大降低了切削力、保證了切削過程的平穩(wěn)尔苦，而且將原來前角近30°的變化減為5°～6°涩馆，因此可以在保證加工效果的前提下合理選用不變的前角，顯著降低了滾刀的制造難度允坚；③刀片重磨后魂那，可用修磨端面或在端面間加墊片的方法保持刀片在刀體中的正確位置，因此實現滾刀的多次重磨稠项。
4 實用效果
用設計的短滾刀進行實切試驗涯雅，結果證明:滾切過程平穩(wěn)、順利展运，加工的星輪安裝后嚙合間隙符合設計要求活逆，齒面接觸斑點分布均勻，接觸面積大于90%拗胜。實測排量比國際先進水平高1%以上蔗候。在此基礎上，將星輪的齒寬由原來的左埂软、右半齒相等改為不等齒寬矫撤，發(fā)明了“節(jié)能長壽單螺桿壓縮機”。節(jié)能長壽單螺桿壓縮機通過應用這種特殊滾刀加工的非等寬齒星輪聪供，其性能與國際先進水平相比赃勺，能耗降低0.5kw/m3·min-1，容積效率提高5%以上蜒且，星輪壽命提高10%以上筝妥，其產業(yè)化上作得到了科技部中小企業(yè)科技創(chuàng)新基金的支持，產品的性能與技術水平受到了科技部多位院士的高度評價與用戶的歡迎尤喂。目前該產品已系列化并投人批量牛產屋问，產品每年可節(jié)電數億度。
5 結語
與國外用仿形銑加工后再用螺桿砂輪磨齒的星輪加工工藝相比辽奥，星輪滾切工藝具有效率高胡撩、成本低的優(yōu)勢韭张。目前正力精機作為國內唯一掌握這種特殊滾刀設計與制造技術的企業(yè)，正為進一步擴大我國在單螺桿壓縮機的基礎研究派交、工藝技術及其工藝裝備等方面的優(yōu)勢做出新的努力策冕。
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