【正文】 同時(shí)，在 轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一周之內(nèi)，通常有多次排氣過程，所以它輸氣均勻、壓力脈動(dòng)小，不需設(shè)置大容量的儲(chǔ)氣罐。排氣量小時(shí)，不像速度式壓縮機(jī)那樣會(huì)產(chǎn)生喘振現(xiàn)象。同時(shí)，由于相對運(yùn)動(dòng)的機(jī)件之間存在間隙以及沒有氣閥，故它能壓送污濁和帶液滴、含粉塵的氣體。 許多回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)，如螺桿式、羅茨式、轉(zhuǎn)子式等，運(yùn)動(dòng)機(jī)件表面多呈曲面形狀，以其嚙合運(yùn)動(dòng)使工作容積改變，這些曲面的加工及其校驗(yàn)均較復(fù)雜，有的還需使用專用設(shè)備。 回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)的形式和結(jié)構(gòu)類型較多，分類也各有不同。 通常都按結(jié)構(gòu)元件的特征區(qū)分和命名，目前廣為使用的有羅茨鼓風(fēng)機(jī)、滑片式壓縮機(jī)和螺桿式壓縮機(jī)。 上述各種回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)，除羅茨鼓風(fēng)機(jī)屬無內(nèi)壓縮的機(jī)器外，其余均是有內(nèi)壓縮的機(jī)器。約在一百多年前，人們已經(jīng)知道雙螺桿壓縮機(jī)的工作原理，但類似今天設(shè)計(jì)的雙螺桿壓縮機(jī)的誕生日，則應(yīng)該是在 1934 年， SRM 工廠的總工程師 A?利斯霍爾姆（ A?Lysholm）的專利出現(xiàn)的時(shí)候。 回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)大多作為中、小排氣量，中、低壓壓縮機(jī)或鼓風(fēng)機(jī)之用。 共 46 頁 第 7 頁 1 選題背景 研究雙螺桿壓縮機(jī)的目的和意義 本設(shè)計(jì)題目來源是自選科研。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。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。同時(shí)，研究型線和孔口配置等因素對噪聲的影響指標(biāo)，從而更有效地降低噪聲。通過設(shè)計(jì)，能了解設(shè)計(jì)的一般要求和規(guī)則，能將理論知識與生產(chǎn)實(shí) 際聯(lián)系起來。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)的市場份額仍將不斷擴(kuò)大。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，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)。 雙螺桿壓縮機(jī)的特點(diǎn)和應(yīng)用前景 就氣體壓力提高的原理而言，螺桿壓縮機(jī)與活塞壓縮機(jī)相同，都屬于容積式壓縮機(jī)。所以，螺桿壓縮機(jī)同時(shí)兼有上述兩類機(jī)器的特點(diǎn)。螺桿壓縮機(jī)零部件少，沒有易損件，因而它運(yùn)轉(zhuǎn)可靠，壽命長，大修間隔期可達(dá) 48 萬 h. 2)操作維護(hù)方便。 3）動(dòng)力平衡好。 4）適應(yīng)性強(qiáng)。 5）多相混輸。 （２）螺桿壓縮機(jī)的主要缺 點(diǎn)： 1）造價(jià)高。另外，對螺桿壓縮機(jī)氣缸的加工精度也有較高的要求。由于受到轉(zhuǎn)子剛度和軸承壽命等方面的限制，螺桿壓縮機(jī)只能用于中、低壓范圍，排氣壓力一般不超過 3MPa。螺桿壓縮機(jī)依靠間隙密封氣體，目前一般只有容積流量大于 時(shí)，螺桿壓縮機(jī)才具有優(yōu)越的性能。少數(shù)用于驅(qū)動(dòng)大型風(fēng)鉆的兩級壓縮機(jī)，排氣壓力可達(dá)到 MPa（表壓）。 （ 2）噴油螺桿制冷壓縮機(jī) 目前，半封閉和全封閉式螺桿制冷壓縮機(jī)廣泛應(yīng)用于住宅和商用樓房的中央空調(diào)系統(tǒng)，產(chǎn)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過開啟式。 在環(huán)境溫度下工作時(shí)，單級螺桿制冷壓縮機(jī)可達(dá) 25℃的蒸發(fā)溫度，采用經(jīng)濟(jì)器或雙級壓縮，可達(dá) 40℃的蒸發(fā)溫度。目前螺桿制冷壓縮機(jī)標(biāo)準(zhǔn)工況下制冷量范圍為 102500KW。 （ 4） 干式螺桿壓縮機(jī) 目前一般干式螺桿壓縮機(jī)的單級壓力比為 ，雙級壓力比可達(dá) 810，容積流量為3500m3/min。 （ 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真空度可達(dá) 98%，能耗較其他類型真空泵低 20%50%。 國內(nèi)外雙螺桿壓縮機(jī)研究的進(jìn)展 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)用對象；第三代為非對稱齒形 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。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。 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)。 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。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。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，國內(nèi)市場因柴油機(jī)方面的原因占份額不大，只有外資產(chǎn)品占有較少市場，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%。 今后螺桿壓縮機(jī)的市場份額仍將不斷擴(kuò)大，特別是無油螺桿空氣壓縮機(jī)和各類螺桿工藝壓縮共 46 頁 第 9 頁 機(jī)，會(huì)獲得更快的發(fā)展。有文獻(xiàn)報(bào)道已可做到無磨損嚙合。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。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)。由一對陰、陽螺桿，一個(gè)殼體與一對端蓋組成。它們和機(jī)體之間構(gòu)成一個(gè)“ V”字形的一對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。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。雙螺桿壓縮機(jī)的總體結(jié)構(gòu)見圖 1。隨著轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，每對相互嚙合的齒相 繼完成相同的工作循環(huán)，這里只研究其中一對齒。機(jī)殼上有特定形狀的吸氣孔口如圖 2 粗實(shí)線所示。在這一時(shí)刻，這一對齒前端的型線完全嚙合，且即將與吸氣孔口連通。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。齒間容積在此位置與吸氣孔口斷開，吸氣過程結(jié)束。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。 圖 3 雙螺桿壓縮機(jī)的壓縮過程 圖 3（ a）示出壓縮過程即將開始時(shí)的轉(zhuǎn)子位置。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）。 （ 3） 排氣過程 共 46 頁 第 11 頁 圖 4 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 4 示出螺桿壓縮機(jī)的排氣過程。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 4（ a）。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?。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。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。 陰、陽轉(zhuǎn)子型線嚙合時(shí)的嚙合點(diǎn)軌跡，稱為嚙合線。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 。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。 （ 3）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。 （ 4）齒間面積 。轉(zhuǎn)子型線的齒間面積越大，轉(zhuǎn)子的齒間容積就越大。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。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。 （４）應(yīng)使封閉容積較小。所以轉(zhuǎn)子型線應(yīng)使封閉容積盡可能小地。較大的齒間面積使泄漏量占的份額相對減少，效率得到提高。 3）陽轉(zhuǎn)子的靜坐標(biāo)系 YXO 。 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 : 共 46 頁 第 13 頁 izzRRnn tt ????? 2121121212 ???? （ 1） 1121 )1( ????? ???? i ARR tt ?? 21 式中，φ φ 1為陰、陽轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角； n n1為陰、陽轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速；ω ω 1 為陰、陽轉(zhuǎn)子角速度； R2t、 R1t 為陰、陽轉(zhuǎn)子節(jié)圓半徑； z z1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。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： ??? ?? )()(tyy txx eb ttt ?? （ 7） 上式中，參數(shù) t 的始點(diǎn) bt 和終點(diǎn) et 決定了此組成曲線的起點(diǎn) b 和終點(diǎn) e 的坐標(biāo)),( bb yx 和 ),( ee yx 。如圖 5所示。 圖 5 單邊不對稱擺線 銷齒圓弧型線 a）型線 b）嚙合線 這種單邊不對稱擺線 銷齒圓弧型線與原始不對稱型線的主要區(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)。共 46 頁 第 17 頁 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)。為此，通常限制直線段 DE 的長度在 的允許范圍之內(nèi)。 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。 ② GH 方程 陽轉(zhuǎn)子上的 GH 為陰轉(zhuǎn)子上徑向直線 AB 的共軛曲線，將 AB 的方程（ 22）代入（ 5），得曲線簇方程為 ??? ????????1112111121 s i n)s i n( c os)c os ( ???? ???? Aky Akx （ 27） 故有 )c os (1121 ??? kx ????? 111211 s i n)s i n( ????? Akkx ????? 共 46 頁 第 18 頁 )sin(1121 ??? ky ????? 111211 c os)c os ( ????? Akky ?????? 將上述諸式代入 包 絡(luò)條件式（ 14），可得位置參數(shù)與曲線參數(shù)的關(guān)系為 iAk /)(a rc c os 121 ??? ?? （ 28） 聯(lián)立（ 27）和（ 28）可得到 GH 的方程，可發(fā)現(xiàn) GH 的性質(zhì)是一擺線。 10176。 ② HI 方程 陽轉(zhuǎn)子上的曲線 HI 是陰轉(zhuǎn)子上銷齒圓弧 BC 的共軛曲線，將 BC 的方程（ 30）共 46 頁 第 19 頁 代入坐標(biāo)變換式（ 5），得曲線簇方程為 ??? ??????????1112111121 s i n)s i n(s i n c os)c os (c os ??? ??? AtkRkRy AtkRkRxtt （ 32） 故有 )sin(11 tkRtx ???? ? 111211 s i n)s i n(s i n ???? AtkkRkkRx t ?????? )c os (11 tkRty ????? ? 111211 c os)c os (c os ???? AtkkRkkRy t ??????? 將上述諸式代入包絡(luò) 條件式（ 14），可得包絡(luò)條件為 0)s in (s in 122 ??? tiRtR tt ? 即 01?? （ 33） 由此可見， BC 與 HI 僅在 01?? 的位置嚙合，而且是整條曲線同時(shí)嚙合。 ③嚙 合線方程 把 BC 方程（ 30），代入坐標(biāo)變換式（ 3），并與包絡(luò)條件（ 33）聯(lián)立，得到嚙合線方程為 ??? ?????? tR tRR t sincos222 （ 35） 式（ 35）表明，銷齒圓弧的嚙合線是與銷齒圓弧一樣的圓弧。 ③嚙合線方程 共 46 頁 第 21 頁 將 I 點(diǎn)方程（ 36）代入坐標(biāo)變換式（ 2），并考慮到包絡(luò)條件自然滿足，得到嚙合線方程為 ??? ?????? )sin( )c os (11111111 ?? ??bb （ 44） 其參數(shù)變化范圍仍由式（ 38）確定。 3） D 點(diǎn)與 IJ ① D 點(diǎn)方程 陰轉(zhuǎn)子上的 D 點(diǎn)為一固定點(diǎn)，在 O2x2y2坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為 ??? ????222222 sin)( c os)( ??eRy eRxtt （ 45） 其中， DDxyarcsin2 ?? 由曲線 CD 方程（ 37），有 ??? ?????? )s i n(s i n )c os (c os11111111DDDDDD kbiAy kbiAx ??? ??? （ 46） 式中 D1? 由式（ 42）確定。 其嚙合先就是 D 點(diǎn)在靜坐標(biāo)系中的軌跡，即以 O2為圓心，以 D 點(diǎn)到 O2的距離為半徑的圓弧。 ③嚙合線方程 把 DE 的方程（ 56）代入坐標(biāo)變換式（ 3），并與包絡(luò)條件式（ 59）聯(lián)立，即得到其嚙合線方程為 ???????????????iA