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【摘要】為了進一步提高現(xiàn)有螺桿壓縮機機型的高能效，從理論型線新設計高精度空間螺旋齒廓軛合展成法、機體結(jié)構(gòu)配置新穎設計和材質(zhì)新工藝幾個方面，淺談自己的設計心得。

【關鍵詞】螺桿壓縮機； 高能效； 低噪聲； 長壽命；可靠性

1  引言

節(jié)能、環(huán)保、低碳是世界能源經(jīng)濟的核心競爭力，為此我國近年對壓縮機的節(jié)能補貼惠民工程已開始實行，所以提高能效比功率成為當前設計工作的首要目標。但目前空氣壓縮機領域在材料和結(jié)構(gòu)原理還沒有實現(xiàn)革命性突破的背景下，如何在壓縮機關鍵零配件的設計方法上尋求更新的節(jié)能點，也就是國產(chǎn)化需要完成的任務。同時也需要解決了降低噪音、延長主機使用壽命、提高可靠性等匹配問題,來實現(xiàn)產(chǎn)品整體性能的提升。前提需要有螺桿和機殼*的進口加工檢測設備，例如專業(yè)螺桿銑、螺桿磨、三坐標、加工中心等高精度設備，這樣才能使加工精度和效率得到有效的保證，在達到批量化生產(chǎn)狀態(tài)后的同時，可以驗證了新設計生產(chǎn)工藝的可行性。

2 螺桿主機設計方法解析

2.1 精度、關鍵零配件的特定設計

排氣端采用了四點球和短圓柱的軸承搭配組合，P5級精度C2游隙考核；裝配采用zui大實體原則，機體和螺旋轉(zhuǎn)子加工按5級精度技術要求，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，達到有效定位預緊。 排氣端采用頂環(huán)與蝶形彈簧的組合來有效定位軸承外圈和調(diào)節(jié)排氣間隙，來實現(xiàn)軸向和徑向定位，調(diào)節(jié)間隙采用5～7mm基準調(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計，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計。 見圖1

                   
                                          圖1
 

2.2排氣端面改進設計

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

2.3 排氣蝴蝶口新穎設計

    排氣蝴蝶口執(zhí)行0~3mm漸進式挖空設計，降低排氣噪音，也可提前過渡性排氣來提高內(nèi)壓縮比，從而提率。吸氣口增加徑向流線型吸氣擋板進行分流導向，有效控制吸氣噪聲，也可提高吸氣效率。詳見圖3。

2.4 增加三處貯油槽的設計

可以有效降低泄漏率，并給軸承充分的潤滑和冷卻，特別在特殊下運行工況下非常有效，如開機、環(huán)境溫度低、突然停車、長時間停車等情況下，可提高軸承高負荷的可靠性，提高使用壽命。詳見圖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)準確計算，提前進行吸氣，可提高吸氣效率，并提高壓縮比，提高比功率。見圖5。

3 產(chǎn)品工藝驗證的經(jīng)驗及基本技術設計要求：

隨著近年來國內(nèi)宏觀經(jīng)濟的持續(xù)快速發(fā)展，國內(nèi)用作空氣動力的螺桿壓縮機制造行業(yè)取得了長足的發(fā)展，特別是通過對*制造技術和裝備的持續(xù)引進、消化、吸收再創(chuàng)新過程，行業(yè)制造技術逐漸實現(xiàn)了全部進口向國產(chǎn)化發(fā)展的態(tài)勢，打破了制造企業(yè)在國內(nèi)市場的壟斷地位，在中低端市場開始具備一定優(yōu)勢，而在市場，還是以合資以及進口品牌*主導地位。那么我們在一些細節(jié)設計和創(chuàng)新設計方面需要更多注重，才能不斷提高國產(chǎn)化的整體水平。為此機體的細節(jié)設計和轉(zhuǎn)子型線的設計做以下剖析：

3.1機體設計要求

（1）機體鑄件材質(zhì)HT250，經(jīng)人工時效處理，回火以消除內(nèi)應力，時效處理后硬度為HB190～230；

（2）機體鑄件不容許有裂紋、縮孔、疏松和砂眼等鑄造缺陷，不許補焊；

（3）未注明之鑄造需要倒圓角，銳角倒鈍；

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

（5）水壓試驗壓力為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確控制，內(nèi)部氣腔壁應光滑過渡，進排氣孔口螺旋線應準確，允許誤差±1mm，并應修整光滑；

（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的位置度為∅0.1。

3.2螺旋轉(zhuǎn)子設計要求

作為螺桿式壓縮機的核心部件，螺桿主機尤其是主機轉(zhuǎn)子的型線研發(fā)決定著螺桿式壓縮機產(chǎn)品的性能檔次，但是國內(nèi)大部分空壓機企業(yè)主機技術仍部分依賴進口，極少有企業(yè)具備自主設計并生產(chǎn)主機的能力。

詳見圖6：采用新一代齒形即雙螺旋主機公、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、擺線、點、橢圓優(yōu)化組合方案，相鄰兩段組成齒形曲線在連接點處以切線斜率過渡。高精度螺旋齒廓的設計和加工：在理論齒廓分段方程的基礎上，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，氣動阻力小，比功率低，提率。加工技術：主機轉(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)圓嚙合零對零接觸帶的高壓工作側(cè)進行空間軛合展成法磨削加工，加工精度步長在0.001mm級別，保證陰陽轉(zhuǎn)子嚙合平順，低噪低振動，運行效率高。詳見本作者《高精度空間螺旋齒廓軛合展成法》。