专利名称：双椭圆产形面二次包络型线单螺杆压缩机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种单螺杆压缩机，属于压缩机领域，特别涉及动力(如空气压缩机、 单螺杆膨胀机)、制冷和工艺(如各种化工气体压缩机)等用途的双椭圆产形面二次包络型线单螺杆压缩机。
背景技术：
单螺杆压缩机包含一根螺杆、两个星轮以及一机体，所述螺杆由螺杆轴经轴承支承在机体内，两星轮分布在螺杆两边同螺杆啮合，星轮由星轮轴经轴承支承在同一机体内。单螺杆压缩机是法国人Zimmern于1960年发明的，最初的型线是直线型，1975年 Zimmern又提出了圆柱(圆台)型。后来，经多次演变，出现的“直线二次包络型”型线和 “圆柱(圆台)型二次包络型”型线等都是Zimmern两类型线的改进。单螺杆压缩机的单螺杆啮合副是空间交错轴啮合副，其理论非常复杂，特别是啮合方程的求解困扰世界一个多世纪，目前常用的解法如运动解法等并不精确。由于理论研究的严重滞后，人们对空间啮合理论的认识还停留在表象，很多观点只是一种推测或者说是猜测，经不起检验。正因为存在这样那样的问题，单螺杆压缩机发明已六十年，还是走不出Zimmern 划定的“直线包络型”和“圆柱(圆台)包络型”的范围和圈圈，型线理论研究一直没有大的进展和突破。艾赫威(北京)科技有限公司的工程师李锦上先生在2010年《全国压缩机新标准、新技术发布会》上公布了发明技术《空间共轭啮合副二次包络面的三面共点构造法》，该方法的本质是构造两个辅助面族同二次包络面族相交产生交点，然后根据交点到某一特定基准的距离最短的原则确定的点一定在二次包络型面上的原理设计二次包络面。绕X轴、y 轴、Z轴的旋转平面有三种，平行xy平面、yz平面、ZX平面的平面也有三种，因此两辅助平面的取法有15种之多。当然从理论上讲还可以取任意方向的平面做辅助平面，因此选取辅助平面的方法非常丰富，主要根据计算和绘图是否简单方便而确定。三面共点构造法是空间啮合副设计理论的重大突破。
发明内容
由于有了理论的突破，研究空间啮合副的过程就比较容易或者说比较简单，产生科研成果也很多，本发明公开的“双椭圆产形面二次包络型线单螺杆压缩机”是这一系列成果中的一个具体实施例之一，其技术方案是这样实现的一种单螺杆压缩机，包含一根螺杆、两个星轮以及一机体，所述螺杆由螺杆轴经轴承支承在机体内，两星轮分布在螺杆两边，由星轮轴经轴承支承在同一机体内同螺杆啮合。 其特征在于过星轮中心平面的剖面图，星轮齿边线为椭圆弧，齿根部宽度最大，齿顶为椭圆弧顶，螺槽的形状同星轮齿对应；过垂直螺杆轴线的剖面图，螺杆的螺纹为星形，螺纹的根部最宽，且向螺纹顶收缩到顶部最窄，螺纹顶为圆弧顶，一般螺纹顶部的宽度为螺杆直径
3的0. 015-0. 025倍；该单螺杆压缩机啮合副的螺槽面是双椭圆产形面作母面按照单螺杆压缩机啮合副的运动规律包络螺杆生成的一次包络面，星轮的啮合面是所述螺杆螺槽面包络星轮空间生成的型面。生成所述双椭圆产形面的方法和步骤是在一个三维空间坐标系的XOY平面内， 取X轴正方向上距原点0为X0的一定点O1,以O1为中心沿X轴画长轴为Utl，另短轴取Vtl的一条椭圆弧M1，过O1作垂直XOY平面的轴O1Q,在&轴与X轴重合时，在^C1O1Q平面内，取& 轴与椭圆弧M1的交点为02，以A为中心沿\轴正方向画长轴为U,另短轴取V的另一椭圆弧M2。当^C1O1Q平面绕轴O1Q旋转时，椭圆弧M2的中心点A在M1上移动，椭圆弧M2扫描生成的曲面；双椭圆产形面的参数方程为X = X0+ (U0+Ucos α ) COS βy = (V0+Ucosa )sin^ζ = Vsina双椭圆产形面绕X轴倾斜δ角度，绕Y轴倾斜Y角度，双椭圆产形面的参数方程即为X = X0+ (U0+Ucos a ) COS βy = y0+ ((V0+Ucos a ) sin β ) cos δ -Vsin a sin δζ = Z0+(x0+(U0 + Ucos a ) cos β ) tan γ + ( (V0+Ucos a ) s in β ) s in δ / cos y +Vsin a cos δ /cos y。生成所述双椭圆产形面的方法和步骤或者是在一个三维空间坐标系的XOY平面内，取X轴正方向上距原点0为&的一定点O1，以O1为中心沿X轴画长轴为U0，另短轴取Vtl 的一条椭圆弧M1，过O1作垂直XOY平面的轴O1Q,在&轴与X轴重合时，在^C1O1Q平面内，取 X1轴与椭圆弧M1的交点为02，以A为中心沿\轴正方向画长轴为U,另短轴取V的另一椭圆弧M2。椭圆弧M2绕\轴旋转得椭球面々2，当^C1O1Q平面绕轴O1Q旋转时，椭球面的中心&在M1上移动，椭球面众2包络生成的曲面。双椭圆产形面绕X轴倾斜角不超出-5° < δ <5°，绕Y轴倾斜角不超出-5° < Y < 5°图例说明如图Ia为双椭圆产形面的扫描形成图，图中3为双椭圆产形面，图Ib为双椭圆产形面的包络形成图，图中众2为椭球面，3为众2包络的双椭圆产形面。如图2为双椭圆产形面包络螺杆槽面的原理图图中1为有4个槽的螺杆，3为双椭圆产形面，4为星轮的中心平面内的一圆。如图3右边是双椭圆产形面包络位于中间的螺杆生成螺杆的螺槽面，左边是位于中间的螺杆的螺槽面包络星轮生成星轮齿的啮合面的原理图图中1为有4个槽的螺杆，2 为有7个齿的星轮，3为双椭圆产形面，4为星轮的中心平面内的一圆。如图4为用三面共点构造法构造星轮齿啮合面的原理图图中6为辅助平面AB⑶ 和辅助平面EFGH与包络面IJKL的交点，4为星轮的中心平面内的一圆。如图fe为双椭圆产形面二次包络型线单螺杆压缩机的星轮，图中星轮2具有7个齿，每个齿有前侧面8和后侧面9 ；如图恥为双椭圆产形面二次包络型线单螺杆压缩机的另一种星轮，图中星轮2具有7个齿，每个齿有前侧面8、后侧面9和齿顶面10。它们有一共同特点就是齿根部比齿顶部大，如图如中的齿顶部两侧面最后相交，如图恥中的齿顶部两侧面与齿顶相交，相交处两侧面间的距离最小。如图6a、6b、6c、6d是双椭圆产形面二次包络型线单螺杆压机的啮合副，图中1是螺杆，2是星轮。图6a是过星轮中心平面的剖面图，星轮齿边线为椭圆弧，齿根部宽度最大， 齿顶为椭圆弧顶，螺槽的形状同星轮齿对应。图6d是过垂直螺杆轴线的剖面图，螺杆的螺纹为星形，螺纹的根部最宽，向螺纹顶收缩，到顶部最窄，螺纹的顶部是圆弧，且一般螺纹顶部的宽度为螺杆直径的0. 015-0. 025倍。
具体实施例方式如
图1所示，在一个三维空间坐标系的XOY平面内，取X轴正方向上距原点0的& =59mm的一定点O1,以O1为中心沿X轴画长轴U0 = 49mm、平行Y轴方向画短轴V。= 24. 5mm 的一椭圆弧M1，过O1作垂直XOY平面的轴O1Q,在TO1Q平面内，取X轴正方向上距点O1的 E0-U = 39mm(E0为啮入深度)的一定点为O2，在&轴与X轴重合时，以仏为中心沿&轴画长轴U = 10mm、垂直OJ1画短轴V = 4mm的另一椭圆弧M2,点P是礼上的一定点。当X1O1Q 平面绕轴O1Q旋转时，椭圆弧M2的中心&在M1上移动，椭圆弧M2扫描生成双椭圆产形面A。如图2在一个包含三个空间0、I、II的单螺杆啮合传动系统中，其中0代表参考空间或静止空间，I代表星轮的运动空间，II代表螺杆的运动空间，I运动空间和II运动空间的中心距为159mm，星轮的半径为108mm，螺杆的半径为100mm，螺杆的头数与星轮齿数比是 4 7。以双椭圆产形面3代替星轮齿的啮合面，双椭圆产形面3绕X轴倾斜角不超出-5° < δ <5°，绕Y轴倾斜角不超出-5° < Y < 5°，且双椭圆产形面3的坐标空间与星轮的运动空间的原点重合，按单螺杆啮合副的运动规律做空间啮合运动，双椭圆产形面3在螺杆上包络出螺槽曲面B。然后如图3所示以螺槽曲面B做产形面，按单螺杆啮合副的运动规律做空间啮合运动，螺槽曲面B包络出星轮齿的啮合面: 。经二次包络生成的单螺杆啮合副，螺杆的螺槽面由两个侧面构成，螺槽的两侧面之间向槽底收缩最后相交，对应的星轮齿的啮合面也由两个齿侧面构成，两个齿侧面之间的宽度从齿根部到齿顶部逐渐变小最后为零；或者是螺杆的螺槽面由两个侧面和一个底面构成，螺槽的两侧面之间向槽底收缩，两侧面之间的距离到与底面相交处最小，对应的星轮齿的两个啮合侧面之间的宽度从齿根部到齿顶部逐渐变小，到与齿顶的相交处最小。星轮齿的啮合面由三个包络面组合而成，一个起密封作用的共轭接触密封工作面、一个受压侧瞬时接触面和一个背压侧瞬时接触面，起密封作用的共轭接触密封工作面的啮合线在不大于0. 2mm宽度的啮合面内移动。受压侧瞬时接触面和背压侧瞬时接触面上的两条不同时接触的啮合线同上述啮合线成空间夹角，这两条瞬时接触线能分担共轭接触密封工作面上的压力，减少密封工作面的磨损。双椭圆产形面二次包络型线单螺杆啮合副的发明是在空间啮合理论研究取得重大突破后实现的，很好地解决了单螺杆啮合副的气密性、耐磨性和加工工艺性等三大技术难题。克服了直线型产形面二次包络型线单螺杆压缩机啮合副的星轮齿前侧面与齿顶面的棱角处极易产生根切且快速磨损而失效的缺点。双椭圆产形面二次包络型线单螺杆压缩机用金属星轮能在100° c以上较大温度范围运行，拓宽了单螺杆压缩机的应用范围，克服了直线型产形面二次包络型线单螺杆压缩机啮合副金属星轮因热膨胀系数大，容易出现咬死现象的缺点。 以上内容描述了本发明的基本原理、主要特征和实现方式，本行业的专业技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中的描述只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种参数和尺寸的变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内，本发明要求保护范围由所描述的技术方案、权利要求书及等同物界定。
权利要求
1.一种单螺杆压缩机，包含一根螺杆、两个星轮以及一机体，所述螺杆由螺杆轴经轴承支承在机体内，两星轮分布在螺杆两边，由星轮轴经轴承支承在同一机体内同螺杆啮合。其特征在于过星轮中心平面的剖面图，星轮齿边线为椭圆弧，齿根部宽度最大，齿顶为椭圆弧顶，螺槽的形状同星轮齿对应；过垂直螺杆轴线的剖面图，螺杆的螺纹为星形，螺纹的根部最宽，且向螺纹顶收缩到顶部最窄，螺纹顶为圆弧顶，一般螺纹顶部的宽度为螺杆直径的 0. 015-0. 025倍；该单螺杆压缩机啮合副的螺槽面是双椭圆产形面作母面按照单螺杆压缩机啮合副的运动规律包络螺杆生成的一次包络面，星轮的啮合面是所述螺杆螺槽面包络星轮空间生成的型面。
2.根据权利要求1所述的单螺杆压缩机，其特征在于在一个三维空间坐标系的XOY 平面内，取X轴正方向上距原点0为&的一定点O1,以O1为中心沿X轴画长轴为Utl，另短轴取Vtl的一条椭圆弧M1,过O1作垂直XOY平面的轴O1Q,在&轴与X轴重合时，在^C1O1Q平面内，取&轴与椭圆弧M1的交点为02，以&为中心沿&轴正方向画长轴为U，另短轴取V的另一椭圆弧M2,当^C1O1Q平面绕轴O1Q旋转时，椭圆弧M2的中心点&在M1上移动，椭圆弧M2 扫描生成的曲面；双椭圆产形面的参数方程为χ = X0+ (U0+Ucos α ) cos βy = (V0+Ucos) sin βζ = Vsin α双椭圆产形面绕X轴倾斜S角度，绕Y轴倾斜Y角度，双椭圆产形面的参数方程即为χ = X0+ (U0+Ucos α ) cos βy = y0+ ((V0+Ucos α ) sin β ) cos δ -Vsin α sin δζ = z0+(x0+(U0 + Ucosa)cos3)tany+((V0 + Ucosa)sin3)sin3/ cos γ +Vsin a cos δ /cos γ。
3.根据权利要求1所述的单螺杆压缩机，其特征在于在一个三维空间坐标系的XOY 平面内，取X轴正方向上距原点0为 的一定点O1,以O1为中心沿X轴画长轴为Utl，另短轴取Vtl的一条椭圆弧M1,过O1作垂直XOY平面的轴O1Q,在&轴与X轴重合时，在^C1O1Q平面内，取&轴与椭圆弧M1的交点为02，以&为中心沿&轴正方向画长轴为U，另短轴取V的另一椭圆弧M2,椭圆弧M2绕\轴旋转得椭球面々2，当X1O1Q平面绕轴O1Q旋转时，椭球面众2 的中心&在M1上移动，椭球面众2包络生成的曲面。
4.根据权利要求2、3所述的单螺杆压缩机，其特征在于双椭圆产形面绕X轴倾角不超出-5° < δ <5°，绕Y轴倾角不超出-5° < γ <5°。
全文摘要
一种单螺杆压缩机，其特征在于过星轮中心平面的剖面图，星轮齿边线为椭圆弧，齿根部宽度最大，齿顶为椭圆弧顶，螺槽的形状同星轮齿对应；过垂直螺杆轴线的剖面图，螺杆的螺纹为星形，螺纹的根部最宽，且向螺纹顶收缩到顶部最窄，螺纹顶为圆弧顶。该单螺杆压缩机啮合副的螺槽面是双椭圆产形面作母面按照单螺杆压缩机啮合副的运动规律包络螺杆生成的一次包络面，星轮的啮合面是所述螺杆螺槽面做包络星轮空间生成的型面。
文档编号F04C18/16GK102182686SQ20111013955
公开日2011年9月14日 申请日期2011年5月27日 优先权日2011年3月7日
发明者李锦上 申请人:艾赫威(北京)科技有限公司