一种罗茨机械增压器扭叶转子的型线及加工工艺的制作方法

本发明属于机械增压器设计及加工技术领域，具体涉及一种罗茨机械增压器扭叶转子的型线及加工工艺。

背景技术：

节能减排是当今汽车行业发展的主要方向，国内外汽车企业都针对这一趋势不断开发新技术，其中在发动机上使用增压器是被公认的提升汽车动力性能最有效的途径之一。作为汽车发动机主要采用的增压方式之一，机械增压器利用发动机的引擎曲轴通过带传动驱动其转子工作，将进入增压器工作腔的空气压缩后送入发动机的气缸内，因此采用机械增压器的汽车发动机没有油门响应滞后的问题，且动力输出与转速呈线性关系，在低转速时也可达到比较理想的增压效果，这使得机械增压器在汽车行业中得到了广泛的应用。

当前市面上应用最广的机械增压器是罗茨机械增压器，它是由罗茨鼓风机演变而来，决定其工作性能的核心部件是一对罗茨扭叶转子，转子的关键在于其型线。此外，由于缺少专用的加工机床和加工刀具，罗茨扭叶转子的加工较困难，加工精度难以保证。目前罗茨扭叶转子主要的加工方法有加工中心数控铣削加工和采用改造的普通牛头刨床加工，这些方法采用球头刀具或盘形刀具加工，加工效率很低，无法实现罗茨机械增压器所需的罗茨扭叶转子的大批量生产，不能满足汽车行业的需求。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种几何性能好、便于加工的罗茨机械增压器扭叶转子的型线及加工工艺。

本发明提供如下技术方案：

一种罗茨机械增压器扭叶转子的型线：

其类型为渐开线型，转子在其单个齿上的型线的一半由转子顶部圆弧、渐开线工作齿廓、转子根部过渡曲线构成，其他部分可根据转子型线的对称性得出。转子顶部圆弧为转子外圆，其极坐标参数方程为：

ρ＝r(β≤θ≤π/z)

其中：ρ为顶部圆弧上动点的极径，θ为顶部圆弧上动点的极角，r为顶部圆弧的半径，β为顶部圆弧的起始角，z为转子齿数；

渐开线工作齿廓为由范成法加工中齿条刀具的斜边侧刃包络形成的共轭曲线，其极坐标参数方程为：

其中：ρ为渐开线工作齿廓上动点的极径，θ为渐开线工作齿廓上动点的极角，rt为转子的节圆半径，α为转子的节圆压力角，αi为渐开线工作齿廓上动点的压力角参数，γ为渐开线工作齿廓的起始角；

转子根部过渡曲线由范成法加工中齿条刀具的顶刃包络形成，转子根部过渡曲线上动点的极角θ满足：

0≤θ≤γ

转子的加工工艺，具体包括如下步骤：

第一步，转子毛坯加工

选用铝合金棒材作为转子坯料，精加工其中心轴孔，以中心轴孔为基准，粗车转子外圆及两端面；

第二步，转子装配及精加工

将已加工成形的转子心轴与第一步加工的转子毛坯装配成一体，以转子心轴为基准，精车转子外圆及两端面；

第三步，转子齿面滚切加工

以转子心轴为基准，采用滚齿机对转子工件的齿面进行滚切加工。

本发明所采用的技术方案的特点还在于，

第一步选用的转子坯料为6061或6063铝合金；

第二步中的转子心轴与第一步加工的转子毛坯之间采用热压的方式进行装配，实现转子心轴与转子毛坯中心轴孔之间的过盈配合；

第三步滚切加工所用刀具为专用滚刀，它的顶隙系数是非标准值，并且通过加大滚刀齿顶圆弧半径使滚刀顶刃与侧刃做成圆弧的圆滑连接，侧刃为直边，刃沟为直槽，基本蜗杆类型为渐开线蜗杆。

本发明的有益效果：本发明的罗茨转子型线，其几何性能好、便于利用范成法进行加工；采用专用滚刀对罗茨扭叶转子齿面的滚切加工，该加工方法为多刀刃连续切削加工，生产效率高，适合大批量、多规格的罗茨扭叶转子加工；采用专用滚刀加工出的罗茨扭叶转子互换性好，齿面加工精度可达6～7级齿轮精度，表面光洁度和齿廓误差均能满足工程使用要求，不需要后续的剃齿或磨齿加工过程，且该滚刀刀刃修磨方便，可以节约制造成本；一把专用滚刀可以加工出模数和压力角相同，而旋向、齿数和中心距不同的罗茨扭叶转子，可以实现罗茨扭叶转子的系列化制造。

附图说明

图1是本发明中罗茨扭叶转子的型线的示意图；

图2是本发明中滚切加工前转子工件的轴向剖视图；

图3是本发明采用的专用滚刀的外形示意图；

图4是本发明中罗茨扭叶转子的滚切加工示意图。

图中，1.转子心轴，2.转子毛坯，3.专用滚刀，4.转子工件。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明提供了一种罗茨机械增压器扭叶转子的型线，以四齿罗茨扭叶转子为例，其型线的示意图参见图1，其类型为渐开线型，转子在其单个齿上的型线的一半由转子顶部圆弧cd、渐开线工作齿廓bc、转子根部过渡曲线ab构成，其他部分可根据转子型线的对称性得出。转子顶部圆弧为转子外圆，其极坐标参数方程为：

ρ＝r(β≤θ≤π/4)

其中：ρ为顶部圆弧上动点的极径，θ为顶部圆弧上动点的极角，r为顶部圆弧的半径，β为顶部圆弧的起始角；

渐开线工作齿廓为由范成法加工中齿条刀具的斜边侧刃包络形成的共轭曲线，其极坐标参数方程为：

其中：ρ为渐开线工作齿廓上动点的极径，θ为渐开线工作齿廓上动点的极角，rt为转子的节圆半径，α为转子的节圆压力角，αi为渐开线工作齿廓上动点的压力角参数，γ为渐开线工作齿廓的起始角；

转子根部过渡曲线由范成法加工中齿条刀具的顶刃包络形成，转子根部过渡曲线上动点的极角θ满足：

0≤θ≤γ

转子的加工工艺，具体包括如下步骤：

第一步，转子毛坯加工

选用铝合金棒材作为转子坯料，精加工其中心轴孔，以中心轴孔为基准，粗车转子外圆及两端面；

第二步，转子装配及精加工

将已加工成形的转子心轴1与第一步加工的转子毛坯2按装配成一体，以转子心轴为基准，精车转子外圆及两端面；

第三步，转子齿面滚切加工

以转子心轴为基准，在滚齿机上采用专用滚刀3对转子工件4进行滚切加工。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种罗茨机械增压器扭叶转子的型线及加工工艺，该转子的型线设计是基于范成法原理；转子的加工工艺步骤：第一步，选用铝合金棒材作为转子坯料，精加工其中心轴孔，并粗车转子外圆及两端面；第二步，将已加工成形的转子心轴与第一步加工的转子毛坯装配成一体，精车转子外圆及两端面；第三步，采用滚齿机对转子工件的齿面进行滚切加工。本发明的特点在于采用专用滚刀对罗茨转子齿面的滚切加工，该加工方法为多刀刃连续切削加工，生产效率高，适合大批量、多规格的罗茨扭叶转子加工；采用专用滚刀加工出的罗茨扭叶转子互换性好，齿面精度高。

技术研发人员：刘厚根;陈思雨;李皓;周鹏;张攀
受保护的技术使用者：中南大学
技术研发日：2017.06.19
技术公布日：2017.09.01