【文章內(nèi)容簡介】 況下制冷量范圍為102500KW。（3） 噴油螺桿工藝壓縮機(jī) 噴油螺桿工藝壓縮機(jī)的工作壓力由工藝流程確定，單級(jí)壓力比可達(dá)10，但可高達(dá)9MPa，容積流量范圍為1200 m3/min。（4） 干式螺桿壓縮機(jī) ，雙級(jí)壓力比可達(dá)810，容積流量為3500m3/min。（5） 噴水螺桿壓縮機(jī) 使噴入的水與潤滑油隔開，用于一些可能發(fā)生聚合反應(yīng)的氣體，向壓縮機(jī)入口噴入適當(dāng)?shù)娜軇?，以沖掉這些化合物。（6） 其他螺桿機(jī)械 螺桿壓縮機(jī)可作為油、氣、水多相流混輸泵使用，也可作為真空泵使用單級(jí)真空度可達(dá)98%，能耗較其他類型真空泵低20%50%。此外，螺桿機(jī)械還可作為膨脹機(jī)。螺桿壓縮機(jī)的螺桿齒形發(fā)展體現(xiàn)在以下四個(gè)階段：第一代為Lysholm齒形，主要線段由點(diǎn)生成擺線組成，限于當(dāng)年加工條件，主要用于無油螺桿壓縮機(jī)；第二代為1964年的對(duì)稱圓弧齒形，4+6齒，主要線段由圓弧和與之嚙合的圓弧包絡(luò)線組成，動(dòng)力用螺桿壓縮機(jī)為主要應(yīng)用對(duì)象；第三代為非對(duì)稱齒形SRM，4+6齒，主要線段由生成擺線和圓弧包絡(luò)線組成，其效率較第二代提高10%，廣泛用于噴油和無油螺桿壓縮機(jī)；第四代，1982年后以SRMD齒形為代表，5+6齒，4+5齒，5+7齒，主要線段為線生成式曲線，無尖點(diǎn)，凡第四代齒形均為節(jié)能型。近年來，人們逐漸對(duì)內(nèi)部進(jìn)行噴油的雙螺桿壓縮機(jī)產(chǎn)生了興趣。由于精密的專用數(shù)控轉(zhuǎn)子加工銑床和磨床已經(jīng)使任何型線的加工變得很方便，大量的研究工作在型線方面。其次陰、陽螺桿齒數(shù)從6：4發(fā)展到6：5。日本的神鋼與日立公司，在將近50年的時(shí)間里不斷成功地開發(fā)出了節(jié)能明顯的各種系列螺桿壓縮機(jī)。從某種程度而言，日本的空壓機(jī)節(jié)能技術(shù)的發(fā)展代表了當(dāng)今世界空壓機(jī)技術(shù)的發(fā)展方向。雙螺桿壓縮機(jī)在我國的發(fā)展歷程較短，是一種比較新穎的壓縮機(jī)，但其發(fā)展很快。目前，（ /min），（ /min）。封閉式螺桿空壓機(jī)噪聲可達(dá)6085dB(A),國外螺桿壓縮機(jī)無故障運(yùn)行在7* h，國內(nèi)螺桿壓縮機(jī)壽命可達(dá)4* h。西安交大刑子文教授開發(fā)的“SCCAD”螺桿設(shè)計(jì)計(jì)算軟件，已轉(zhuǎn)交給多家海內(nèi)外企業(yè)應(yīng)用。螺桿壓縮機(jī)在國外占據(jù)80%以上移動(dòng)式空壓機(jī)市場(chǎng)，國內(nèi)市場(chǎng)因柴油機(jī)方面的原因占份額不大，只有外資產(chǎn)品占有較少市場(chǎng)，螺桿空氣壓縮機(jī)占螺桿壓縮機(jī)總量的85%，制冷空調(diào)方面螺桿壓縮機(jī)約占12%?？梢哉f，我國的個(gè)別企業(yè)的螺桿壓縮機(jī)已經(jīng)達(dá)到國際先進(jìn)水平。今后螺桿壓縮機(jī)的市場(chǎng)份額仍將不斷擴(kuò)大，特別是無油螺桿空氣壓縮機(jī)和各類螺桿工藝壓縮機(jī)，會(huì)獲得更快的發(fā)展。目前，有人開始研究兩螺桿嚙合過程中磨損問題和潤滑油在齒面上的分布，以提高轉(zhuǎn)子壽命。有文獻(xiàn)報(bào)道已可做到無磨損嚙合。在制冷中，對(duì)于Co 作制冷劑的跨臨界循環(huán)，用螺桿壓縮機(jī)與螺桿膨脹機(jī)組成一體的機(jī)組已經(jīng)被開發(fā)。未來主要是進(jìn)一步提高螺桿壓縮機(jī)的性能，擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。本課題主要是設(shè)計(jì)通用的噴油雙螺桿空氣壓縮機(jī)。在深刻理解前人研究的理論基礎(chǔ)上，在給定設(shè)計(jì)參數(shù)和設(shè)計(jì)要求的條件下，研究雙螺桿壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子型線、幾何特性、工作過程、受力分析及轉(zhuǎn)子的加工，以進(jìn)一步提高雙螺桿壓縮機(jī)的機(jī)械性能。設(shè)計(jì)新型轉(zhuǎn)子型線，使接觸線長度、泄漏三角形面積和封閉余隙容積3者達(dá)到最優(yōu)化。利用自備砂輪修正器的轉(zhuǎn)子專用數(shù)控磨床，快速加工出新型線的轉(zhuǎn)子，使轉(zhuǎn)子的精度和表面粗糙度預(yù)計(jì)超過現(xiàn)有的值。設(shè)計(jì)吸氣孔口的形狀和合理位置，來提高壓縮機(jī)效率。同時(shí)，研究型線和孔口配置等因素對(duì)噪聲的影響指標(biāo)，從而更有效地降低噪聲。通過設(shè)計(jì)雙螺桿壓縮機(jī)，可以了解雙螺桿壓縮機(jī)的發(fā)展歷程、研究現(xiàn)狀和發(fā)展方向；深入理解雙螺桿壓縮機(jī)的基本結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)、主要零部件設(shè)計(jì)選型、主機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和機(jī)組系統(tǒng)設(shè)計(jì)；重點(diǎn)研究的是雙螺桿壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子型線、幾何特性、工作過程、受力分析、轉(zhuǎn)子加工和主要設(shè)計(jì)參數(shù)的確定。通過設(shè)計(jì)，能了解設(shè)計(jì)的一般要求和規(guī)則，能將理論知識(shí)與生產(chǎn)實(shí)際聯(lián)系起來。雙螺桿壓縮機(jī)是一種比較新穎的壓縮機(jī)，因其可靠性高、操作維修方便、動(dòng)力平衡性好、適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，而廣泛地應(yīng)用于礦山、化工、動(dòng)力、冶金、建筑、機(jī)械、制冷等工業(yè)部門。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，螺桿壓縮機(jī)的銷售量已占所有容積式壓縮機(jī)銷售總量的80%以上，在所有正在運(yùn)行的容積式壓縮機(jī)中，有50%是螺桿壓縮機(jī)，今后螺桿壓縮機(jī)的市場(chǎng)份額仍將不斷擴(kuò)大?？梢钥闯?，螺桿壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)研究在工業(yè)生產(chǎn)中具有十分重要的意義。通過本設(shè)計(jì)，可以充分了解雙螺桿壓縮機(jī)的有關(guān)知識(shí)，以及如何進(jìn)一步改善其性能和擴(kuò)大其應(yīng)用范圍，使雙螺桿壓縮機(jī)能得到更好的發(fā)展，為生產(chǎn)和生活服務(wù)。可以將所學(xué)理論知識(shí)與生產(chǎn)實(shí)際聯(lián)系起來，并積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，為以后的工作打下了一個(gè)堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。第一章 雙螺桿壓縮機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理通常所稱的螺桿壓縮機(jī)指的是雙螺桿壓縮機(jī)。雙螺桿壓縮機(jī)的發(fā)展歷程較短，是一種比較新穎的壓縮機(jī)。雙螺桿壓縮機(jī)是一種容積式的回轉(zhuǎn)機(jī)械。由一對(duì)陰、陽螺桿，一個(gè)殼體與一對(duì)端蓋組成。在倒“8”形的氣缸中，平行地配置著一對(duì)相互嚙合的螺旋形轉(zhuǎn)子，分別稱為陰、陽轉(zhuǎn)子。它們和機(jī)體之間構(gòu)成一個(gè)“V”字形的一對(duì)密封的齒槽空間隨著轉(zhuǎn)子的回轉(zhuǎn)而逐漸變小，并且其位置在空間也不斷從吸氣口向排氣口移動(dòng)，從而完成吸氣壓縮排氣的全部過程。一般陽轉(zhuǎn)子與原動(dòng)機(jī)連接，由陽轉(zhuǎn)子帶動(dòng)陰轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。在壓縮機(jī)機(jī)體的兩端，分別開設(shè)一定形狀和大小的孔口。一個(gè)供吸氣用，稱作吸氣孔口；另一個(gè)供排氣用，稱作排氣孔口。螺桿壓縮機(jī)的工作循環(huán)可分為吸氣、壓縮和排氣三個(gè)過程。隨著轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，每對(duì)相互嚙合的齒相繼完成相同的工作循環(huán)，這里只研究其中一對(duì)齒。圖1示出的螺桿壓縮機(jī)的吸氣過程，所討論的一對(duì)齒用箭頭標(biāo)出，陽轉(zhuǎn)子按逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，陰轉(zhuǎn)子按順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，圖中的轉(zhuǎn)子端面是吸氣端面。機(jī)殼上有特定形狀的吸氣孔口如圖1粗實(shí)線所示。圖1 雙螺桿壓縮機(jī)的吸氣過程a）吸氣過程即將開始 b）吸氣過程中 c）吸氣過程結(jié)束圖1（a）示出的是吸氣過程即將開始時(shí)的轉(zhuǎn)子位置。在這一時(shí)刻，這一對(duì)齒前端的型線完全嚙合，且即將與吸氣孔口連通。隨著轉(zhuǎn)子開始運(yùn)動(dòng)，由于齒的一端逐漸脫離嚙合而形成齒間容積，這個(gè)齒間容積的擴(kuò)大，在其內(nèi)部形成了一定的真空，而此齒間容積又僅與吸氣口連通，因此氣體便在壓差作用下流入其中，如圖1（b）中陰影部分所示。在隨后的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)過程中，陽轉(zhuǎn)子齒不斷從陰轉(zhuǎn)子的齒槽中脫離出來，齒間容積不斷擴(kuò)大，并與吸氣孔口保持連通。吸氣過程結(jié)束時(shí)的轉(zhuǎn)子位置如圖1（c）所示，其最顯著的特征是齒間容積達(dá)到最大值，隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，所研究的齒間容積不會(huì)再增加。齒間容積在此位置與吸氣孔口斷開，吸氣過程結(jié)束。a）吸氣過程即將開始 b）吸氣過程中 c）吸氣過程結(jié)束、排氣過程即將開始圖2示出螺桿壓縮機(jī)的壓縮過程。這是從上面看相互嚙合的轉(zhuǎn)子，圖中的轉(zhuǎn)子端面是排氣端面，機(jī)殼上的排氣孔口如圖中粗實(shí)線所示。在這里，陽轉(zhuǎn)子沿順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，陰轉(zhuǎn)子沿逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)。圖2 雙螺桿壓縮機(jī)的壓縮過程圖2（a）示出壓縮過程即將開始時(shí)的轉(zhuǎn)子位置。隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，齒間容積由于轉(zhuǎn)子齒的嚙合而不斷減少。被密封在容積中的氣體所占據(jù)的體積也隨之減少，導(dǎo)致壓力升高，從而實(shí)現(xiàn)氣體的壓縮過程，圖3（b）。壓縮過程可一直持續(xù)到齒間容積即將與排氣孔口連通之前。圖3 雙螺桿壓縮機(jī)的排氣過程a）排氣過程中 b）排氣過程結(jié)束圖3示出螺桿壓縮機(jī)的排氣過程。齒間容積與排氣孔口連通后，即開始排氣過程。隨著齒間容積的不斷縮小，具有排氣壓力的氣體逐漸通過排氣孔口被排出，圖3（a）。這個(gè)過程一直持續(xù)到齒末端的型線完全嚙合，圖3(b) 。此時(shí)，齒間容積內(nèi)的氣體通過排氣孔口被完全排出，封閉的齒間容積變?yōu)榱?。第二?雙螺桿壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 轉(zhuǎn)子型線設(shè)計(jì)原則螺桿壓縮機(jī)最關(guān)鍵的是一對(duì)相互嚙合的轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子的齒面與轉(zhuǎn)子軸線垂直面的截交線稱為轉(zhuǎn)子型線。對(duì)于螺桿壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子型線的要求，主要是在齒間容積之間有優(yōu)越的密封性能，因?yàn)檫@些齒間容積是實(shí)現(xiàn)氣體壓縮的工作腔。對(duì)螺桿壓縮機(jī)性能有重大影響的轉(zhuǎn)子型線要素有接觸線、泄漏三角形、封閉容積和齒間面積等。（1）接觸線 。螺桿壓縮機(jī)的陰、陽轉(zhuǎn)子嚙合時(shí)，兩轉(zhuǎn)子齒面相互接觸而形成的空間曲線稱為接觸線。如果轉(zhuǎn)子齒面間的接觸連續(xù)，則處在高壓力區(qū)內(nèi)的氣體將通過接觸線中斷缺口，向低壓力區(qū)泄漏。陰、陽轉(zhuǎn)子型線嚙合時(shí)的嚙合點(diǎn)軌跡，稱為嚙合線。嚙合線實(shí)質(zhì)是接觸線在轉(zhuǎn)子端面上的投影。顯然接觸線連續(xù)，意味著嚙合線應(yīng)該是一條連續(xù)的封閉曲線。（2）泄漏三角形 。在接觸線頂點(diǎn)和機(jī)殼的轉(zhuǎn)子氣缸孔之間，會(huì)形成一個(gè)空間曲邊三角形，稱為泄漏三角形。若嚙合線頂點(diǎn)距陰、陽轉(zhuǎn)子齒頂圓的交點(diǎn)較遠(yuǎn)，則說明泄漏三角形面積較大。（3）封閉容積 。如果在齒間容積開始擴(kuò)大時(shí)，不能立即開始吸氣過程，就會(huì)產(chǎn)生吸氣封閉容積。吸氣封閉容積的存在，影響了齒間容積的正常充氣。從轉(zhuǎn)子型線可定性看出封閉容積的大小。（4）齒間面積 。它是齒間容積在轉(zhuǎn)子端面上的投影。轉(zhuǎn)子型線的齒間面積越大，轉(zhuǎn)子的齒間容積就越大。 （１） 滿足嚙合要求。螺桿壓縮機(jī)的陰、陽轉(zhuǎn)子型線必須是滿足嚙合定律的共軛型線。（２） 形成長度較短的連續(xù)接觸線。為了盡可能減少氣體通過間隙帶的泄漏，要求設(shè)法縮短轉(zhuǎn)子間的接觸線長度。（３）應(yīng)形成較面積的泄漏三角形。（４）應(yīng)使封閉容積較小。吸氣封閉容積導(dǎo)致壓縮機(jī)功耗增加、效率降低、噪聲增大。所以轉(zhuǎn)子型線應(yīng)使封閉容積盡可能小地。（５）齒間面積盡量大。較大的齒間面積使泄漏量占的份額相對(duì)減少，效率得到提高。 型線方程和嚙合線方程（1）坐標(biāo)系建立 為了用數(shù)學(xué)方程描述螺桿型線中各段組成齒曲線，建立如圖4所示的四個(gè)坐標(biāo)系：圖4 坐標(biāo)系關(guān)系圖1）固結(jié)在陽轉(zhuǎn)子的動(dòng)坐標(biāo)系2）固結(jié)在陰轉(zhuǎn)子的動(dòng)坐標(biāo)系。3）陽轉(zhuǎn)子的靜坐標(biāo)系。4）陰轉(zhuǎn)子的靜坐標(biāo)系。由于螺桿壓縮機(jī)的陰、陽轉(zhuǎn)子之間是定傳動(dòng)比嚙合，故有: （21） 式中，φφ1為陰、陽轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角；nn1為陰、陽轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速；ωω1 為陰、陽轉(zhuǎn)子角速度；R2t、R1t為陰、陽轉(zhuǎn)子節(jié)圓半徑；zz1為陰、陽轉(zhuǎn)子齒數(shù)；i為傳動(dòng)比； A為陰、陽轉(zhuǎn)子中心距。2）坐標(biāo)變換螺桿壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子型線上的每一點(diǎn)，都可以表示在上述四個(gè)坐標(biāo)系中，這些坐標(biāo)之間的變換關(guān)系式如下：a) 動(dòng)坐標(biāo)系與靜坐標(biāo)系的變換 （22）b) 動(dòng)坐標(biāo)系與靜坐標(biāo)系的變換 （23）c) 靜坐標(biāo)系與靜坐標(biāo)系的變換 （24）d) 動(dòng)坐標(biāo)系與動(dòng)坐標(biāo)系的變換 （25）e) 動(dòng)坐標(biāo)系與動(dòng)坐標(biāo)系的變換 （26）（1）齒曲線方程及其參數(shù)變換范圍螺桿壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子型線通常由多段組成齒曲線相接而成。在設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)子型線時(shí)，通常先在陽轉(zhuǎn)子或陰轉(zhuǎn)子上給定一些組成齒曲線，用如下的參數(shù)方程表示在相應(yīng)的轉(zhuǎn)子動(dòng)坐標(biāo)系中： （27）上式中，參數(shù)t的始點(diǎn)和終點(diǎn)決定了此組成曲線的起點(diǎn)b和終點(diǎn)e的坐標(biāo)和。（2）齒曲線的共軛曲線方程轉(zhuǎn)子組成齒曲線的共軛曲線，是指另一個(gè)轉(zhuǎn)子上與所選定的組成齒曲線相嚙合的曲線段，現(xiàn)假定已在陰轉(zhuǎn)子上給定了一段組成齒曲線2為 （28）1）求出陰轉(zhuǎn)子上組成齒曲線相對(duì)于陽轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)時(shí)的曲線簇方程將方程（28）代入坐標(biāo)變換式（25），得 （29）2）找出曲線簇的包絡(luò)條件把包絡(luò)條件的顯函數(shù)形式代入曲線簇方程（9），就是曲線簇的包絡(luò)線方程，即 （210） 此包絡(luò)線上任一點(diǎn)的切線斜率可微分上式，得 （211）與包絡(luò)線共切于該點(diǎn)的曲線簇中的一條曲線（φ1為常數(shù)），其斜率為 （212）由于是公切線，這兩切線的斜率應(yīng)該相等，令式（211）與式（212）右邊相等，整理得 （213）或 （214）同樣，若假定在陽轉(zhuǎn)子上給定了一段組成齒曲線1，即 （215）將曲線1的方程（215）代入動(dòng)坐標(biāo)變換式（26），得到曲線簇的方程為 （216）經(jīng)類似的推演，可得其包絡(luò)條件為 （217）3）求共軛曲線方程若已在陰轉(zhuǎn)子上給定了一段組成曲線的2為 （218）則其共軛曲線方程，可用方程（210）及補(bǔ)充條件聯(lián)立表示，即 （219）同樣，若已在陽轉(zhuǎn)子上給定了一段曲線1為 則其共軛曲線方程，可用方程（216）及補(bǔ)充條件聯(lián)立表示，即 （220）4）共軛曲線的嚙合線方程共軛曲線的嚙合線方程一般可表示為 （221） 單邊不對(duì)稱擺線銷齒圓弧型線本設(shè)計(jì)采用我國規(guī)定的螺桿壓縮機(jī)標(biāo)準(zhǔn)的單邊不對(duì)稱擺線銷齒圓弧型線。如圖5所示。其組成齒曲線和相應(yīng)的嚙合線見附表1。圖5 單邊不對(duì)稱擺線銷齒圓弧型線a）型線 b）嚙合線這種單邊不對(duì)稱擺線銷齒圓弧型線與原始不對(duì)稱型線的主要區(qū)別在于：采用徑向直線AB及DE倒棱修正，去除了原始不對(duì)稱型線外圓上的擺線形成點(diǎn)，并使擺線IJ的形成點(diǎn)向內(nèi)移動(dòng)。另外，將圓弧齒曲線擴(kuò)大一角度，形成保護(hù)角，使擺線CD的形成點(diǎn)I處于陽轉(zhuǎn)子外圓之內(nèi)，保護(hù)了對(duì)嚙合性能很敏感的擺線形成點(diǎn)。修正后，便于轉(zhuǎn)子在加工、安裝、運(yùn)行及儲(chǔ)運(yùn)中保護(hù)擺線形成點(diǎn)。但使接觸線頂點(diǎn)與轉(zhuǎn)子齒頂圓交點(diǎn)之距離略有增大，使通過泄漏三角形的泄漏量增加。為此， 的允許范圍之內(nèi)。處在低壓側(cè)的直線段AB的長度，由于不影響氣密性，通常從制造工藝出發(fā)，使其與圓弧BC光滑過度。
現(xiàn)在推導(dǎo)各段齒曲線方程、嚙合線方程及相應(yīng)的參數(shù)變化范圍。1）AB與GH① AB方程陰轉(zhuǎn)子上的AB為一徑向直線，其方程為: （222）參數(shù)ρ2的變化范圍為 （223）由三角形O2BP,有