单螺杆压缩机螺旋啮合副型线设计及加工方法研究.pdf

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1、～GM通用机械制造IGMMnnufacture单螺杆压缩机螺旋啮合副型线设计及加工方法研究沈阳工业大学机械工程学院(辽宁110178)王可毛俊杰孙兴伟【摘要】对于单螺杆压缩机来说，一种性能良好的螺旋啮合副至关重要。主要是对新型螺旋啮合副型线进行设计，并对此种型线的螺旋啮合副加工技术进行研究。【关键词】单螺杆压缩机啮合副加工方法星轮一．前言单螺杆压缩机是20世纪70年代发展起来的新型压缩机，以其独特的优势占领市场。单螺杆压缩机的核心是螺旋啮合副，螺杆和星轮又是螺旋啮合副的重要组成部分，因此对螺杆和星轮的研究就显的至关重要。圆

2、柱-圆柱包络螺旋啮合副如图l所示，不仅能保证整机安全、可靠运行，还利于加工的工艺性，确保制造．装配精度。图2所示星轮齿顶和共轭螺旋槽槽底均为直线型，这种直线型啮合副是继圆弧齿顶啮合副之后发展起来的一种新型啮合副。这种新型啮合副的设计给螺杆转子的加工带来方便。本文对这种性能优良的螺旋啮合副的型线设计及其加工方法进行了系统的分析研究。图1圆柱-圆柱包络啮合副星轮图2星轮齿顶直线型啮合副=．型线模型为了确实加工过程中刀具的走刀轨迹，需对螺旋啮合副型线设计计算。建立如图3，图4所示的啮合副的空间坐标系，其中s。(0。一xtY。z，

3、)为与转子螺杆固联的坐标系，S：(0：一x2Y2Z：)为与星轮固联的坐标系，Sq(Oq-．：r，qzq)为转子螺杆的固定坐标系，Sp(0，一．]r，}，而)为星轮的固定坐标系。由于转子螺杆线数为6，星轮齿数为1l，传动比i12=11／6。如图3所示，螺旋啮合副上任意接触点M的相对运动速度矢为：V12--=W2／'2。Wirl=W21f2+wlaip=(j12COS曲222-y2)“(x2一i1222sins咖2归12(sins圣2Y2-cos圣2x2+acos2西2+aCOS2毋2弦(1)如图4所示，圆柱面在其固联的坐标系

4、中的方程为：x2=E-U；y2-．=dcos0／2+ez2=-dsin0／2+m(2)根据空间啮合定理，啮合副上接触点具有如下关系式n占儿。=0，口为星轮齿面的法线方程，P。：为星轮齿面图3空间啮合副的相对运动速度通用机械翩造GM、6MManufactureI程，即得出星轮齿面啮合线。图5是通过计算得出的生成螺杆的共轭星轮瞬时接触线，此区域呈三角形，保证了星轮的啮合区的连续性、完整性。从啮合区呈三角形也可以确定：在运转过程中，螺杆和星轮的接触线在啮合区内不断地移动，长度也不断变化。D2图4s2坐标系中的圆柱面与螺杆齿面在啮

5、合点处的相对速度。联立方程式，可以求解出0：图5星轮啮合区0=(E-u-i12msin4，2)／F12(Ecosqb2一UCOS2-esinqb2．a】(3)通过理论推导，计算出实际加工过式(2)和式(3)联立，可以得到圆柱包络面上瞬时接触线方程中刀具的走刀轨迹点，见下表。刀具实际走刀轨迹点数据表序列号123456789．：【I．70．228．38．500．10．32812．32128．82539．67246．01249．13950．OooYl82．15l87．17482．97872．28857．90842．16926．5

6、6611．656—2．780zl84．24878．2ll70．24960．55749．37336．97423，6659．773．4．360序列号lOll121314151617工l48．86845．24438．01725．83l7．613一16．923．46．863．79．909，1．17．375—32．69648．790．64．852．79．127—89．076．91．793．84．594Z1一18．385—31．958．44．744—56．428．66．723．75．374．82．170．86．942注：此为e=4，3

7、6lm=2．78时。刀具端面中心点的轨迹。lGM通用税麓蒯造l删Manu]acture80三．加工制造提出的螺杆槽侧面线型属于圆柱包络啮合线，槽底是多直线型包络面，运用早期的加工方法、加工手段很难得到这种型线，而这种型线特别适合在此五轴数控加工专机上加工制造。螺杆加工的原理如图6所示。在五轴数控机床上，由于刀具有三个坐标的进刀方向，工件两个方向的旋转运动，可以保证工件旋转的同时加工螺杆转子螺旋槽的圆柱螺旋包络面，达到刀具路线的精确控制。通过两次走刀加工，螺旋槽的两侧分别被加工成形，最后再精加工。采用特殊制作的平头刀具，螺杆

8、转子螺槽槽底平面与螺旋槽两侧面一并加工成。由于采用了五轴数控加工技术，加工出来的螺杆转子很容易达到精度要求。由于成形技术的发展与成熟，通过模拟计算，建立起星轮的二次包络模型，运行成形法可以将二次包络星轮一次加工成形。这种加工方法在满足啮合副加工制造精度要求的同时，还可以在低成本、短时间内对不同型号、不同