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【摘要】為了進(jìn)一步提高現(xiàn)有螺桿壓縮機(jī)機(jī)型的高能效，從理論型線新設(shè)計(jì)高精度空間螺旋齒廓軛合展成法、機(jī)體結(jié)構(gòu)配置新穎設(shè)計(jì)和材質(zhì)新工藝幾個(gè)方面，淺談自己的設(shè)計(jì)心得。

【關(guān)鍵詞】螺桿壓縮機(jī)； 高能效； 低噪聲； 長(zhǎng)壽命；可靠性

1  引言

節(jié)能、環(huán)保、低碳是世界能源經(jīng)濟(jì)的核心競(jìng)爭(zhēng)力，為此我國(guó)近年對(duì)壓縮機(jī)的節(jié)能補(bǔ)貼惠民工程已開(kāi)始實(shí)行，所以提高能效比功率成為當(dāng)前設(shè)計(jì)工作的首要目標(biāo)。但目前空氣壓縮機(jī)領(lǐng)域在材料和結(jié)構(gòu)原理還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)革命性突破的背景下，如何在壓縮機(jī)關(guān)鍵零配件的設(shè)計(jì)方法上尋求更新的節(jié)能點(diǎn)，也就是國(guó)產(chǎn)化需要完成的任務(wù)。同時(shí)也需要解決了降低噪音、延長(zhǎng)主機(jī)使用壽命、提高可靠性等匹配問(wèn)題,來(lái)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品整體性能的提升。前提需要有螺桿和機(jī)殼*的進(jìn)口加工檢測(cè)設(shè)備，例如專業(yè)螺桿銑、螺桿磨、三坐標(biāo)、加工中心等高精度設(shè)備，這樣才能使加工精度和效率得到有效的保證，在達(dá)到批量化生產(chǎn)狀態(tài)后的同時(shí)，可以驗(yàn)證了新設(shè)計(jì)生產(chǎn)工藝的可行性。

2 螺桿主機(jī)設(shè)計(jì)方法解析

2.1 精度、關(guān)鍵零配件的特定設(shè)計(jì)

排氣端采用了四點(diǎn)球和短圓柱的軸承搭配組合，P5級(jí)精度C2游隙考核；裝配采用zui大實(shí)體原則，機(jī)體和螺旋轉(zhuǎn)子加工按5級(jí)精度技術(shù)要求，包括重要的軸兩端中心孔。

    排氣端螺桿鎖緊采用防反轉(zhuǎn)的鎖緊螺母配涂螺紋膠水，達(dá)到有效定位預(yù)緊。 排氣端采用頂環(huán)與蝶形彈簧的組合來(lái)有效定位軸承外圈和調(diào)節(jié)排氣間隙，來(lái)實(shí)現(xiàn)軸向和徑向定位，調(diào)節(jié)間隙采用5～7mm基準(zhǔn)調(diào)墊，裝配更加方便也可提高裝配效率。 螺旋轉(zhuǎn)子的兩端軸頸采用多溝槽設(shè)計(jì)，防抱死。螺旋轉(zhuǎn)子吸氣端的加工可倒角，但排氣端不許倒角設(shè)計(jì)。 見(jiàn)圖1

                   
                                          圖1
 

2.2排氣端面改進(jìn)設(shè)計(jì)

 機(jī)體排氣端面采用內(nèi)間隙槽新穎設(shè)計(jì)，可減小排氣間隙0.02mm左右，而傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法是在螺旋轉(zhuǎn)子的排氣端倒角設(shè)計(jì)，有效提高排氣量，降低軸功率，可防燒結(jié)頂死。詳見(jiàn)圖2

2.3 排氣蝴蝶口新穎設(shè)計(jì)

    排氣蝴蝶口執(zhí)行0~3mm漸進(jìn)式挖空設(shè)計(jì)，降低排氣噪音，也可提前過(guò)渡性排氣來(lái)提高內(nèi)壓縮比，從而提率。吸氣口增加徑向流線型吸氣擋板進(jìn)行分流導(dǎo)向，有效控制吸氣噪聲，也可提高吸氣效率。詳見(jiàn)圖3。

2.4 增加三處貯油槽的設(shè)計(jì)

可以有效降低泄漏率，并給軸承充分的潤(rùn)滑和冷卻，特別在特殊下運(yùn)行工況下非常有效，如開(kāi)機(jī)、環(huán)境溫度低、突然停車、長(zhǎng)時(shí)間停車等情況下，可提高軸承高負(fù)荷的可靠性，提高使用壽命。詳見(jiàn)圖4。

2.5采用吸氣角

延伸吸氣角1～2度，參照型線方程參數(shù)準(zhǔn)確計(jì)算，提前進(jìn)行吸氣，可提高吸氣效率，并提高壓縮比，提高比功率。見(jiàn)圖5。

3 產(chǎn)品工藝驗(yàn)證的經(jīng)驗(yàn)及基本技術(shù)設(shè)計(jì)要求：

隨著近年來(lái)國(guó)內(nèi)宏觀經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展，國(guó)內(nèi)用作空氣動(dòng)力的螺桿壓縮機(jī)制造行業(yè)取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，特別是通過(guò)對(duì)*制造技術(shù)和裝備的持續(xù)引進(jìn)、消化、吸收再創(chuàng)新過(guò)程，行業(yè)制造技術(shù)逐漸實(shí)現(xiàn)了全部進(jìn)口向國(guó)產(chǎn)化發(fā)展的態(tài)勢(shì)，打破了制造企業(yè)在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的壟斷地位，在中低端市場(chǎng)開(kāi)始具備一定優(yōu)勢(shì)，而在市場(chǎng)，還是以合資以及進(jìn)口品牌*主導(dǎo)地位。那么我們?cè)谝恍┘?xì)節(jié)設(shè)計(jì)和創(chuàng)新設(shè)計(jì)方面需要更多注重，才能不斷提高國(guó)產(chǎn)化的整體水平。為此機(jī)體的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)和轉(zhuǎn)子型線的設(shè)計(jì)做以下剖析：

3.1機(jī)體設(shè)計(jì)要求

（1）機(jī)體鑄件材質(zhì)HT250，經(jīng)人工時(shí)效處理，回火以消除內(nèi)應(yīng)力，時(shí)效處理后硬度為HB190～230；

（2）機(jī)體鑄件不容許有裂紋、縮孔、疏松和砂眼等鑄造缺陷，不許補(bǔ)焊；

（3）未注明之鑄造需要倒圓角，銳角倒鈍；

（4）非加工面應(yīng)平整光滑，加工前應(yīng)*清砂、浹渣、飛邊，噴砂處理，表面清砂后應(yīng)呈金屬光澤，外表面應(yīng)涂紅丹底漆，內(nèi)腔不應(yīng)噴漆；

（5）水壓試驗(yàn)壓力為2.5MPa,保壓30min,不可有滲漏；

（6)除銷孔、轉(zhuǎn)子孔外，其他各孔（連接孔、油孔等）中心線的位置度為需準(zhǔn)確控制，內(nèi)部氣腔壁應(yīng)光滑過(guò)渡，進(jìn)排氣孔口螺旋線應(yīng)準(zhǔn)確，允許誤差±1mm，并應(yīng)修整光滑；

（7）蝴蝶形排氣口邊緣尺寸的公差為:±0.05mm；

（8）連接孔、油孔等中心線距離基準(zhǔn)的位置度為∅0.1。

3.2螺旋轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)要求

作為螺桿式壓縮機(jī)的核心部件，螺桿主機(jī)尤其是主機(jī)轉(zhuǎn)子的型線研發(fā)決定著螺桿式壓縮機(jī)產(chǎn)品的性能檔次，但是國(guó)內(nèi)大部分空壓機(jī)企業(yè)主機(jī)技術(shù)仍部分依賴進(jìn)口，極少有企業(yè)具備自主設(shè)計(jì)并生產(chǎn)主機(jī)的能力。

詳見(jiàn)圖6：采用新一代齒形即雙螺旋主機(jī)公、母轉(zhuǎn)子齒數(shù)比為5:6，組成齒廓的參數(shù)方程為圓弧、圓弧包絡(luò)、擺線、點(diǎn)、橢圓優(yōu)化組合方案，相鄰兩段組成齒形曲線在連接點(diǎn)處以切線斜率過(guò)渡。高精度螺旋齒廓的設(shè)計(jì)和加工：在理論齒廓分段方程的基礎(chǔ)上，將螺旋公轉(zhuǎn)子和螺旋母轉(zhuǎn)子工作側(cè)的齒廓方程采用空間曲線方程切線斜率逼近弧微分法，獲得實(shí)際齒廓分段方程，由此獲得0.02mm~0.035mm的高精度且均勻的齒廓空間工作間隙，接觸線短，泄漏量小，齒間面積利用率高，呈流線型，氣動(dòng)阻力小，比功率低，提率。加工技術(shù)：主機(jī)轉(zhuǎn)子加工以精磨代替?zhèn)鹘y(tǒng)銑削，采用高精度磨床沿螺旋公轉(zhuǎn)子與螺旋母轉(zhuǎn)子節(jié)圓嚙合零對(duì)零接觸帶的高壓工作側(cè)進(jìn)行空間軛合展成法磨削加工，加工精度步長(zhǎng)在0.001mm級(jí)別，保證陰陽(yáng)轉(zhuǎn)子嚙合平順，低噪低振動(dòng)，運(yùn)行效率高。詳見(jiàn)本作者《高精度空間螺旋齒廓軛合展成法》。