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| 螺桿式壓縮機(jī)對(duì)于滾刀的設(shè)計(jì) | | 發(fā)布者：admin 日期：2012/12/17 點(diǎn)擊：528 | | | 由于目前國(guó)產(chǎn)雙螺桿空壓機(jī)的性能與國(guó)外有一定差距，沈陽(yáng)第一機(jī)床廠(chǎng)因此進(jìn)口雙螺桿壓縮機(jī)占據(jù)了國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的主導(dǎo)地位，不僅價(jià)格昂貴，維修與配件供應(yīng)也不及時(shí)，這種狀況將會(huì)對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的安全產(chǎn)生不利影響。螺桿式壓縮機(jī)在國(guó)防軍上、空凋制冷等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。
如海軍對(duì)空壓機(jī)的技術(shù)性能有著嚴(yán)格要求：潛艇要用高壓空氣將水排出后才能浮出水面，而潛艇噪聲大則易被敵方聲納捕捉，因此要求壓縮機(jī)具有振動(dòng)小、噪聲低、可靠性好、節(jié)能等優(yōu)點(diǎn)。美國(guó)海軍在對(duì)現(xiàn)有的各類(lèi)空壓機(jī)進(jìn)行了嚴(yán)格的論證后認(rèn)為單螺桿壓縮機(jī)由于具有上述優(yōu)點(diǎn)，完全可滿(mǎn)足潛艇對(duì)高性能壓縮機(jī)的要求。但單螺桿壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子為空間嚙合副，其嚙合理論的研究及加工技術(shù)的開(kāi)發(fā)比雙螺桿壓縮機(jī)更困難，目前國(guó)外僅日、美等少數(shù)國(guó)家在引進(jìn)法國(guó)專(zhuān)利后可以生產(chǎn)，主要用于空氣壓縮機(jī)、空調(diào)壓縮機(jī)和工藝壓縮機(jī)等。單螺桿壓縮機(jī)是我國(guó)至今唯一未能引進(jìn)的高檔壓縮機(jī)種。我國(guó)從上世紀(jì)70年代開(kāi)始對(duì)單螺桿壓縮機(jī)的研制進(jìn)行攻關(guān)，研制工作得到了原國(guó)家科委、國(guó)防科工委及相關(guān)部、省的支持，取得了一定進(jìn)展，沈陽(yáng)第一機(jī)床廠(chǎng)但尚未解決高精度專(zhuān)用機(jī)床與星輪加工等關(guān)鍵技術(shù)，開(kāi)發(fā)的單螺桿壓縮機(jī)在壽命和能耗等方面尚須進(jìn)一步改進(jìn)。
2星輪的齒形單螺桿壓縮機(jī)中由有6個(gè)齒槽的螺桿(蝸桿)與有11個(gè)齒的星輪(蝸輪)所構(gòu)成的嚙合副實(shí)質(zhì)上是一對(duì)特殊的高精度環(huán)面蝸桿副。它的特殊之處在于：螺桿的外形不是環(huán)面而是圓柱面(或者說(shuō)螺桿的外形與普通圓柱蝸桿相同，而其齒形與環(huán)面蝸桿相同)。傳統(tǒng)齒形由于環(huán)面蝸桿副工作時(shí)，蝸輪的一個(gè)齒上有兩條接觸線(xiàn)(一條在母面或母線(xiàn)上，另一條在二次包絡(luò)面上)，因此研究人員普遍認(rèn)為單螺桿壓縮機(jī)的嚙合副也是雙線(xiàn)接觸。新齒形20年前(大約比國(guó)外早10年)，筆者發(fā)現(xiàn)星輪的一個(gè)齒上同時(shí)有三條接觸線(xiàn)，星輪的齒面由母面(或母線(xiàn))3、二次包絡(luò)面4、特形面5三部分組成 。特形面亦稱(chēng)第三工作區(qū)。沈陽(yáng)第一機(jī)床廠(chǎng)第三工作區(qū)的出現(xiàn)使星輪的有效下作齒面面積擴(kuò)大了5倍，星輪的壽命也因此延長(zhǎng)數(shù)倍。筆者將這種新發(fā)現(xiàn)的齒形稱(chēng)作星輪的“新齒形”。
w1——星輪角速度；w2——螺桿角速度；
1.星輪2.螺桿3.母線(xiàn)4.二次包絡(luò)面5.第二工作區(qū)
3星輪滾刀的設(shè)計(jì)星輪的這種新齒形在提高嚙合副的密封性能與工作壽命方面的優(yōu)勢(shì)是非常明顯的，沈陽(yáng)第一機(jī)床廠(chǎng)但是還必須解決它的加工技術(shù)。用常規(guī)設(shè)計(jì)的滾刀加工這種新齒形時(shí)會(huì)產(chǎn)生以下問(wèn)題:①滾刀刀刃的合理前角從頭到尾應(yīng)有近30°的變化，然而在既深又窄的刀槽里，刃磨這樣的前刀面是難以實(shí)現(xiàn)的;②滾刀重磨后所加工星輪的齒形與齒寬都將發(fā)生不允許的變化;③鏟磨工序的精度難以保證。
為了解決單螺桿壓縮機(jī)星輪新齒形的加工問(wèn)題，筆者研制了一種特殊滾刀。短滾刀結(jié)構(gòu)當(dāng)用假想的滾刀滾切星輪并計(jì)算每一個(gè)刀刃的切削余量時(shí)，發(fā)現(xiàn)滾刀左端刀刃的切削余量?jī)H數(shù)微米。如果將滾刀的左端去掉，由此所產(chǎn)生的齒形誤差將很小。因此設(shè)計(jì)時(shí)將滾刀截短，這種短滾刀結(jié)構(gòu)不僅降低了滾刀的制造難度，而且降低了切削力。滾刀片的設(shè)計(jì)將截短的滾刀分成四段，其主要好處是:①將原來(lái)在窄縫中難以刃磨的刀刃變成在敞開(kāi)的端面上的刀刃，極大地方便了刀片的刃磨和檢測(cè);②可以方便地利用6頭滾刀的特點(diǎn)，沈陽(yáng)第一機(jī)床廠(chǎng)把刀刃縮短為原長(zhǎng)的1/6,不僅大大降低了切削力、保證了切削過(guò)程的平穩(wěn)，而且將原來(lái)前角近30°的變化減為5°～6°，因此可以在保證加工效果的前提下合理選用不變的前角，顯著降低了滾刀的制造難度；③刀片重磨后，可用修磨端面或在端面間加墊片的方法保持刀片在刀體中的正確位置，因此實(shí)現(xiàn)滾刀的多次重磨。
4實(shí)用效果用設(shè)計(jì)的短滾刀進(jìn)行實(shí)切試驗(yàn)，結(jié)果證明:滾切過(guò)程平穩(wěn)、順利，加工的星輪安裝后嚙合間隙符合設(shè)計(jì)要求，齒面接觸斑點(diǎn)分布均勻，接觸面積大于90%。實(shí)測(cè)排量比國(guó)際先進(jìn)水平高1%以上。在此基礎(chǔ)上，將星輪的齒寬由原來(lái)的左、右半齒相等改為不等齒寬，發(fā)明了“節(jié)能長(zhǎng)壽單螺桿壓縮機(jī)”。節(jié)能長(zhǎng)壽單螺桿壓縮機(jī)通過(guò)應(yīng)用這種特殊滾刀加工的非等寬齒星輪，沈陽(yáng)第一機(jī)床廠(chǎng)其性能與國(guó)際先進(jìn)水平相比，能耗降低0.5kw/m3·min-1，容積效率提高5%以上，星輪壽命提高10%以上，其產(chǎn)業(yè)化上作得到了科技部中小企業(yè)科技創(chuàng)新基金的支持，產(chǎn)品的性能與技術(shù)水平受到了科技部多位院士的高度評(píng)價(jià)與用戶(hù)的歡迎。目前該產(chǎn)品已系列化并投人批量牛產(chǎn)，產(chǎn)品每年可節(jié)電數(shù)億度。
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