短幅内摆线型螺杆-衬套副滑动速度分析.pdf

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1、522化工机械2015正短幅内摆线型螺杆一衬套副滑动速度分析+杜秀华”刘双新宋玉杰韩国有(东北石油大学机械科学与工程学院)摘要单螺杆式水力机械中螺杆一衬套副的滑动速度是影响其磨损程度和使用寿命的重要因素之一。在分析线型设计方法和运动规律的基础上，针对短幅内摆线型螺杆一衬套副推导出螺杆一衬套副螺杆齿凸接触点和齿凹接触点的相对滑动速度公式并进行应用，得出螺杆一衬套副滑动速度的变化规律，为单螺杆式水力机械的磨损、寿命研究和优化设计提供理论基础。关键词水力机械短幅内摆线螺杆一村套副滑动速度齿凸接触点齿凹接触点中图分类号TQ051．1文献标识码A文章编号0254-6094(2015)0

2、4-0522-05单螺杆式水力机械是石油化工和钻采机械领域中常用的水力机械，如单螺杆泵、单螺杆钻具及单螺杆油气混输泵等。它们都是依靠一对螺杆一衬套副的啮合来实现液体传输或动力传递的，因此螺杆一衬套副的滑动速度是影响其磨损程度和使用寿命的重要因素之一。早在20世纪80年代苏义脑等就对短幅内外摆线型螺杆一衬套副的线型理论进行了系统的研究，形成了螺杆一衬套副线型的基本理论¨’3j。20世纪90年代万邦烈等通过理论和试验方法研究了螺杆一衬套副的啮合理论与优化设计方法H“j。2000年以后许多学者进行了螺杆一衬套副的运动仿真和有限元计算，并取得了一定的成果"柚J，但对螺杆一衬套副运动学

3、方面的研究仅限于对结构简单的单头普通内摆线型螺杆一衬套副螺杆在衬套内的运动轨迹和运动规律进行分析，针对螺杆一衬套副滑动速度的研究尚无报道，为此笔者对多头短幅内摆线型螺杆一衬套副的线型设计、运动分析和滑动速度的计算方法进行系统的研究。1螺杆一衬套副的线型设计螺杆一衬套副的空间共轭问题可转化为平面共轭曲线副的相对运动问题¨0

4、，因此对螺杆一衬套副的啮合状况和运动分析可集中在其横截面上。螺杆和衬套的横截面曲线简称线型或型线。短幅内摆线型螺杆一衬套副的线型设计首先形成一条短幅内摆线作为衬套骨线，再利用外滚法形成螺杆骨线，最后分别向外侧取骨线的等距线，形成螺杆一衬套副的线型。首先采用无

5、包心法形成Ⅳ。头的短幅内摆线作为衬套骨线R(0)，其复矢量方程为¨0

6、：足(口)=R2(Ⅳ∥+Ke’’帅)(1)式中K——变幅系数，0

7、黑龙江省教育厅科学技术研究项目(12541098)。+；杜秀华，女．1964年9月生，教授。黑龙江省大庆市，163318。第42卷第4期化工机械523}、

8、套骨线Rf日动瞬心圆定瞬心圆螺杆骨线图1外滚法形成螺杆骨线因此动瞬心圆与定瞬心圆的偏心距E(即螺杆一衬套副的偏心距)为：E=R”一R’=KR2(5)综上，只要给定短幅内摆线型螺杆一衬套副的基本结构参数，即螺杆头数Ⅳ、偏心距E和变幅系数K，就可确定螺杆一衬套副的骨线，并满足共轭条件。再给出等距半径或等距半径系数，则可设计出螺杆一衬套副的线型。2螺杆一衬套副的运动分析螺杆一衬套副的结构参数为：短幅内摆线型，交+写系数K=0．8

9、，偏心距E=5ram，螺杆头数N=3，等距半径系数ro=2。根据上述线型设计方法得出螺杆一衬套副的线型如图2所示。图中曲线z。、z：、z，分别表示螺杆的骨线、定瞬心圆和线型，曲线D。、D：、D，分别表示衬套的骨线、动瞬心圆和线型。为方便分析，在图2中建立两个复平面参考坐标系，其中1—0．-i的原点位于衬套型线的几何中心，且与衬套固连，为静坐标系；1—0：-j的原点位于螺杆型线的几何中心上，且与螺杆固连，为动坐标系。图2螺杆一衬套副啮合的初始状态单螺杆式水力机械工作时一般螺杆旋转，衬套不动，即定瞬心圆携带螺杆骨线和型线在动瞬心圆内做纯滚动，称为第一种啮合运动，它可分解为两种运动

10、(图3)：a．螺杆中心0：绕衬套中心0，做半径为E的公转，公转角为咖．，公转角速度为∞，，方向逆时针，螺杆的滚角为咖，滚角速度为∞，方向顺时针，公转角与滚角的关系为咖。=一Nck／(N+1)；b．螺杆绕自身中心0：做自转，自转角咖：为公转角与滚角的代数和，自转角速度为∞：，方向为顺时针，即咖：=咖／(N+1)。图3第一种啮合运动时间t时的啮合状态螺杆一衬套副在啮合过程中，螺杆骨线上的3个尖点将依次连续地划过衬套骨线，这3个接触点相对于螺杆来说是固定的，称为固定接触点(如点Ⅳ)；螺杆与衬套骨线间还有一个接