一种干式无油螺杆型线及采用该螺杆的空气压缩机的制作方法

本发明涉及空气压缩机主机制造领域，特别是涉及一种干式无油螺杆型线及采用该螺杆的空气压缩机。

背景技术：

空气压缩机是一种用以压缩气体的设备，广泛应用于以空气为动力的风动工具、加工中心的刀具更换、车辆制动、门窗启闭、大型船用柴油机的起动、风洞实验、地下通道换气、金属冶炼等。

目前在市场上大多数各类生产企业中所用的空气动力设备里主要以喷油式双螺杆压缩机为主，该喷油式螺杆空压机所生产的动力压缩空气中始终都含有工业润滑油成分，在高科技产品生产领域的应用中受到严格限制，而在高端高科技含量以及生物化学医药食品卫生等的工业生产领域里需要的是洁净无污染的动力压缩空气，这就需要干式无油螺杆压缩机来提供洁净压缩空气，干式无油螺杆压缩机因其具有洁净而高效的压缩效率就成为目前该领域不可替代重要能源设备。

但目前为止国内的干式无油螺杆空气压缩机完全依靠国外进口，其成本高昂，同时，现有进口的干式无油螺杆空气压缩机螺杆型线三角泄漏区面积较大，压缩转子在运转压缩时，气室内的高压气体会通过泄漏区域进行反向泄漏，就导致在压缩过程中损失掉应该推送出去的气体流量，即存在着压缩的气体部分泄露，不能全部推送出去造成能耗损失现象。

因此，亟需一种干式无油螺杆型线及采用该螺杆的空气压缩机，能够解决现有干式无油螺杆空气压缩机螺杆型线三角泄漏区面积较大，存在较大能耗损失的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种干式无油螺杆型线及采用该螺杆的空气压缩机，以解决上述现有干式无油螺杆空气压缩机螺杆型线三角泄漏区面积较大，存在较大能耗损失的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种干式无油螺杆型线，所述螺杆包括阳螺杆和阴螺杆，所述阳螺杆和所述阴螺杆平行且相互啮合，所述阳螺杆和所述阴螺杆的齿数比为4∶6；

其中，所述阳螺杆的端面的每个齿齿形相同，且所有齿沿所述阳螺杆的圆周方向阵列分布，所述阳螺杆的端面型线由圆弧线a1b1、椭圆线b1c1、曲线c1d1、椭圆线d1e1和抛物线e1f1依次连接而成；

所述阴螺杆的端面的每个齿齿形相同，且所有齿沿所述阴螺杆的圆周方向阵列分布，所述阴螺杆的端面型线由圆弧线a2b2、圆弧线b2c2、圆弧线c2d2和曲线d2e2依次连接而成。

优选地，所述阳螺杆的齿数为4个，所述阴螺杆的齿数为6个。

优选地，所述圆弧线a1b1的起点a1位于所述阳螺杆的齿顶圆上，所述抛物线e1f1的起点e1位于所述阳螺杆的齿根圆上，所述抛物线e1f1的终点f1位于所述阳螺杆的齿顶圆上；所述圆弧线a2b2的起点a2位于所述阴螺杆的齿顶圆上，所述曲线d2e2的起点d2位于所述阴螺杆的齿根圆上，所述曲线d2e2的终点e2位于所述阴螺杆的齿顶圆上。

优选地，所述阳螺杆的型线方程为：

所述圆弧线a1b1的函数方程：

x1＝r11*cos(t1)

y1＝r11*sin(t1)+39.5

0.5600034667＜t1＜π/2

30＜r11＜40

所述椭圆线b1c1(12)的函数方程：

x2＝c*cos(t2*5/3)-d*sin(t2*5/3)+100*sin(t2)-0.21181331

y2＝-d*cos(t2*5/3)-c*sin(t2*5/3)+100*cos(t2)-0.13279728

0＜t2＜0.020154246828

c＝25.84122472

d＝44.29873138

所述曲线c1d1(13)的函数方程：

x3＝8.75*cos(t31)+x31-0.21181331

y3＝8.75*sin(t31)+y31-0.13279728

t31＝atan((y31-40*cos(t3))/(x31-40*sin(t3)))+π

x31＝a*cos(t3*5/3)-b*sin(t3*5/3)+100*sin(t3)

y31＝-b*cos(t3*5/3)-a*sin(t3*5/3)+100*cos(t3)

0.02015425＜t3＜1.04683546

a＝33.25469083

b＝39.65082645

所述椭圆线d1e1(14)的函数方程：

x4＝r12*cos(t41)+100*sin(t4)-0.21181331

y4＝r12*sin(t41)+100*cos(t4)-0.13279728

53.5＜r12＜69.4

1.04683545＜t4＜1.07507664

t41＝atan(1/tan(t4))+π

所述抛物线e1f1(15)的函数方程：

x5＝100*cos(k-t5*3/2)-60.75*cos(m+k-5*t5/2)

y5＝sqrt(13690.5625-12150*cos(m-t5)-10000*cos(k-t5*3/2)²-3690.5625*cos(m+k-5*t5/2)²+12150*cos(k-t5*3/2)*cos(m+k-5*t5/2))

m＝43.4163477/180*π

k＝36.7705248/180*π

0＜t5＜m；

所述阴螺杆(2)的型线方程为：

所述圆弧线a2b2(21)的函数方程：

x1＝r21*cost1e＜t1＜f

y1＝r21*sint1e＜t1＜f

58＜r21＜67

e＝0.6797

f＝π/3+atan(d/c)

c＝57.1290

d＝-19.9131

所述圆弧线b2c2(22)的函数方程：

x2＝r22cost2+ag＜t2＜e

y2＝r22sint2+bg＜t2＜e

7.0＜r22＜10.5

e＝0.6797

g＝-1.0108

a＝39.6508

b＝33.2547

所述圆弧线c2d2(23)的函数方程：

x3＝r23cost3+r24h＜t3＜π

y3＝r23sint3h＜t3＜π

26.4＜r23＜37.5

53.5＜r24＜69.4

h＝2.1308

所述曲线d2e2的函数方程：

x4＝100*cos(t4*2/3)-70*cos(5*t4/3)

y4＝sqrt(14900-14000*cos(t4)-4900*cos(5*t4/3)²+14000*cos(2*t4/3)*cos(5*t4/3)-10000*cos(2*t4/3)²)

0＜t4＜0.63873885。

一种干式无油螺杆空气压缩机，包括上述干式无油螺杆型线。

本发明相对于现有技术取得了以下有益技术效果：

1、本发明提供的一种干式无油螺杆型线及采用该螺杆的空气压缩机，采用干式无油螺杆结构，无需润滑油润滑，使得压缩的空气更加清洁，压缩效率更高，广泛适用于各种需要洁净压缩空气的高端工业产品生产线。

2、本发明提供的一种干式无油螺杆型线及采用该螺杆的空气压缩机，螺杆结构沿用国际流行的综合机械性能适中的4∶6齿数比方案，使得螺杆在机械传动中的高速离心力和压缩过程中每个容腔内高压空气对齿型结构的膨胀挤压力的作用下产生的的形变稳定，能够保证每个旋转周期中尽可能的保有最大气体容腔。

3、本发明提供的一种干式无油螺杆型线及采用该螺杆的空气压缩机，阳螺杆和阴螺杆采用特殊型线，使得啮合交界面的泄露三角区面积降到最小，有更小的泄漏区和泄露间隙，在同样的轴功率工况下，超过现有进口同类型设备5％以上的更大排气量，大大降低了能耗损失。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种干式无油螺杆型线及采用该螺杆的空气压缩机中螺杆工作状态图；

图2为本发明提供的一种干式无油螺杆型线及采用该螺杆的空气压缩机中螺杆端面结构图；

图3为本发明提供的一种干式无油螺杆型线及采用该螺杆的空气压缩机中阳螺杆型线结构图；

图4为本发明提供的一种干式无油螺杆型线及采用该螺杆的空气压缩机中阴螺杆型线结构图；

图5为本发明提供的一种干式无油螺杆型线及采用该螺杆的空气压缩机中干式无油螺杆空气压缩机性能测试原理图；

图中：1：阳螺杆、11：圆弧线a1b1、12：椭圆线b1c1、13：曲线c1d1、14：椭圆线d1e1、15：抛物线e1f1、2：阴螺杆、21：圆弧线a2b2、22：圆弧线b2c2、23：圆弧线c2d2、24：曲线d2e2。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种干式无油螺杆型线及采用该螺杆的空气压缩机，通过采用特殊螺杆型线，以解决现有干式无油螺杆空气压缩机螺杆型线三角泄漏区面积较大，存在较大能耗损失的问题。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1：

本实施例提供一种干式无油螺杆型线，如图1和图2所示，干式无油螺杆包括阳螺杆1和阴螺杆2，阳螺杆1和阴螺杆2平行且相互啮合，阳螺杆1和阴螺杆2的齿数比为4∶6，具体到本实施例中，阳螺杆1的齿数为4个，阴螺杆2的齿数为6个，螺杆齿数这样设置能够使螺杆在机械传动中的高速离心力和压缩过程中每个容腔内高压空气对齿型结构的膨胀挤压力的作用下产生的的形变稳定，能够保证每个旋转周期中尽可能的保有最大气体容腔，阳螺杆1的端面的每个齿齿形相同，且所有4个齿沿阳螺杆1的圆周方向阵列分布，阳螺杆1的端面型线由圆弧线a1b111、椭圆线b1c112、曲线c1d113、椭圆线d1e114和抛物线e1f115依次连接而成；阴螺杆2的端面的每个齿齿形相同，且所有6个齿沿阴螺杆2的圆周方向阵列分布，阴螺杆2的端面型线由圆弧线a2b221、圆弧线b2c222、圆弧线c2d223和曲线d2e224依次连接而成。

进一步地，圆弧线a1b111的起点a1位于阳螺杆1径向端面的齿顶圆上，抛物线e1f115的起点e1位于阳螺杆1径向端面的齿根圆上，抛物线e1f115的终点f1位于阳螺杆1径向端面的齿顶圆上，圆弧线a2b221的起点a2位于阴螺杆2径向端面的齿顶圆上，曲线d2e224的起点d2位于阴螺杆2径向端面的齿根圆上，曲线d2e224的终点e2位于阴螺杆2径向端面的齿顶圆上，使得阳螺杆1和阴螺杆2啮合更加精准紧密。

具体地，如图3和图4所示，阳螺杆1的型线中五段曲线的函数方程为：圆弧线a1b111的函数方程：

x1＝r11*cos(t1)

y1＝r11*sin(t1)+39.5

0.5600034667＜t1＜π/2

30＜r11＜40

所述椭圆线b1c1(12)的函数方程：

x2＝c*cos(t2*5/3)-d*sin(t2*5/3)+100*sin(t2)-0.21181331

y2＝-d*cos(t2*5/3)-c*sin(t2*5/3)+100*cos(t2)-0.13279728

0＜t2＜0.020154246828

c＝25.84122472

d＝44.29873138

所述曲线c1d1(13)的函数方程：

x3＝8.75*cos(t31)+x31-0.21181331

y3＝8.75*sin(t31)+y31-0.13279728

t31＝atan((y31-40*cos(t3))/(x31-40*sin(t3)))+π

x31＝a*cos(t3*5/3)-b*sin(t3*5/3)+100*sin(t3)

y31＝-b*cos(t3*5/3)-a*sin(t3*5/3)+100*cos(t3)

0.02015425＜t3＜1.04683546

a＝33.25469083

b＝39.65082645

所述椭圆线d1e1(14)的函数方程：

x4＝r12*cos(t41)+100*sin(t4)-0.21181331

y4＝r12*sin(t41)+100*cos(t4)-0.13279728

53.5＜r12＜69.4

1.04683545＜t4＜1.07507664

t41＝atan(1/tan(t4))+π

所述抛物线e1f1(15)的函数方程：

x5＝100*cos(k-t5*3/2)-60.75*cos(m+k-5*t5/2)

y5＝sqrt(13690.5625-12150*cos(m-t5)-10000*cos(k-t5*3/2)²-3690.5625*cos(m+k-5*t5/2)²+12150*cos(k-t5*3/2)*cos(m+k-5*t5/2))

m＝43.4163477/180*π

k＝36.7705248/180*π

0＜t5＜m；

所述阴螺杆(2)的型线方程为：

所述圆弧线a2b2(21)的函数方程：

x1＝r21*cost1e＜t1＜f

y1＝r21*sint1e＜t1＜f

58＜r21＜67

e＝0.6797

f＝π/3+atan(d/c)

c＝57.1290

d＝-19.9131

所述圆弧线b2c2(22)的函数方程：

x2＝r22cost2+ag＜t2＜e

y2＝r22sint2+bg＜t2＜e

7.0＜r22＜10.5

e＝0.6797

g＝-1.0108

a＝39.6508

b＝33.2547

所述圆弧线c2d2(23)的函数方程：

x3＝r23cost3+r24h＜t3＜π

y3＝r23sint3h＜t3＜π

26.4＜r23＜37.5

53.5＜r24＜69.4

h＝2.1308

曲线d2e224的函数方程：

x4＝100*cos(t4*2/3)-70*cos(5*t4/3)

y4＝sqrt(14900-14000*cos(t4)-4900*cos(5*t4/3)²+14000*cos(2*t4/3)*cos(5*t4/3)-10000*cos(2*t4/3)²)

0＜t4＜0.63873885。

本实施例中的干式无油螺杆型线采用上述函数方程表示的曲线构成，各组曲线之间平滑连接，使得螺杆能够采用多种如铣削、磨削等加工方法进行加工，结构简单，便于大批量生产制造，且精度高，阴阳螺杆之间啮合交界面所形成的泄露三角区的面积减少到最低，避免了压缩空气的大量泄露，能够适用和满足市场对不同洁净气体能源用量的需求。

将本实施例中提供的干式无油螺杆型线应用到空气压缩机中，对采用本实施例技术方案的空气压缩机与现有某品牌空气压缩机进行对比测试，如图5所示，测试系统包括电机驱动的空气压缩机，压缩机的进气口流量计、温度计和空气滤清器，电机连接有反应器、电压表、调幅电表和转换器，压缩机的出气口设有温度计、压力表和压力调节器，设定额定出口工作压力为0.1mpa，环境温度为室温21℃，工作电压为402v/ac3，平均工作电流变化范围63～64a，大气压力为99.525kpa，将采用本实施例技术方案的空气压缩机与现有某品牌空气压缩机分别作为空气压缩元件，分别运行测试60min，测试结果为：现有某品牌空气压缩机的流量为19.8m3/min，而采用本实施例技术方案的空气压缩机的流量为21.3～21.6m3/min，由此可见，本发明提供的干式无油螺杆空气压缩机相对于现有的干式空气压缩机，具有更小的三角泄露面积，在同样的工况下，具有超过现有干式空气压缩机5％以上的更大排气量。

需要说明的是，上述空气压缩机性能测试设备所采用的原理和具体结构均为本领域技术人员所详知的，其只是用于测试采用本实施例技术方案的空气压缩机和现有空气压缩机的性能，并不在本发明所要求保护的范围内，因此，在本实施例中，测试设备的详细结构和原理不再赘述。

本发明应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。