单螺杆压缩机啮合副啮合特性的主要影响因素研究

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单螺杆压缩机的核心部件为螺杆和星轮，这两个关键部件形成了啮合副，螺杆和星轮齿面属于-对共轭面 l。螺杆轴线和星轮轴线在空间相互垂直，在单螺杆压缩机工作的过程中，螺杆和星轮在空间做啮合运动。单螺杆压缩机的性能和啮合副的啮合特性是密切相关，而啮合特性影响因素的研究是提高单螺杆压缩机啮合特性的关键，因此，有必要对其进行深入地探究。

2 单螺杆压缩机啮合副的基本结构单螺杆压缩机啮合副的结构简图如图 1所示嘲。

收稿日期：2013-04-25 圈1 单螺杆压缩机啮合副的结构筒圈2013年o4期(总第240期)3 啮合角对单螺杆压缩机啮合副啮合特性的影响啮合角主要是指星轮齿从开始啮合到完全脱离螺杆齿槽时旋转的角度。啮合角的计算公式如下所示 嘲at3x2B2.54， (1)式中 星轮齿宽角的1/2西--螺杆槽宽角啮合角at的取值范围为 (80。，95。)，在分析过程中，啮合角at分别取为 80。、85。、90。、95。，星轮转角从 0。到 180。时，计算瞬时接触线上的啮合特性参数。当0ct为80。时的计算结果分别见表 1，其他情况下的计算结果略。 。

根据计算结果可知，星轮齿顶处的接触线方向和相对速度的夹角要大于星轮齿根处的夹角，说明星轮齿顶区域的润滑相对齿根要好。诱导法曲率越小，单螺杆压缩机啮合副的共轭凸面的贴合度就越高，从而相应的接触强度也就越大。在啮合角at从 80o到95o的变化过程中，诱导法曲率先减少后增加，当啮合角为90。时，诱导法曲率最小，从而表明在该条件下啮合副具有较高的接触强度。此外，当啮合角0c从 80o增加到95。的时候，接触线方向和相对速度的夹角同样是呈现出先增加后减少的变化趋势，在啮合角at等于90。时，接触线方向和相对速度的夹角最接近 90。，从而表明在这个条件下啮合副的润滑效果最佳。从以上分析可知，单螺杆压缩机啮合副的最佳啮合角为9Oo。

4 星轮齿宽对单螺杆压缩机啮合副啮合特性的影响星轮齿宽b可以利用如下的公式进行计算 [4b2h8in cos (2)t二 二. 式中 齿宽因子d --螺杆直径r 星轮分度角， 32。73- - 星轮轴线和螺杆外缘之间的距离可以利用如下公式进行计算J；口- (3)2从式 (2)可以看出，已知中心距 和齿宽因-2013年o4期(总第240期)子 时，可以求出星轮齿宽。当齿宽因子降低时，星轮齿宽将增加，从而可以提高单螺杆压缩机的排气量。但是当齿宽因子比较小时，螺杆的齿顶将变尖，从而使强度降低，同时星轮跟部由于圆角半径较小而形成应力集中现象，从而导致星轮齿根处裂纹的形成。通常情况下，齿宽因子的取值范围为0.014～0.025。

表 1接触线上点的啮合特性参数线 转角 啮合 点号号 (。) 特性 (1). (2) (3) (4) (5)诱导法 kl 10.34 9.86 8.93曲率， k2 l1.56 l1I32 10.45 9.60l0r4nlrl 11.29 10.48l 0 接触线 70.45 69.98 68.54方向和相对速 70.53 r 70.25 69.97 68.55度的夹角，o 71.45 71.03 70.92 70-35诱导法 k1 9.64 9.53 9.24曲/ k2 10.46 10.O3 9.46l0 ill/r/ k3 10.68 10.372 45 接触线 72.04 71.84 70.74方向和相对速 74-36 74.03 73.56 73.12度的夹， 角7o 以 76.84 76.25 75.03诱导法 kl 8.84 8.16 8.d3曲率/ k2 9.53 8.48.1O'4mm k3 8.53 7.46 6.893 90 接触线 0l 73.85 72.46 7l35方向和相对速 75.64 74.84 74.13 73.74 88-32 度的夹角，o 77.48 76-36 75：.26 74.84诱导法 kt 7-39 7.14 7.34 7.12曲率/ k2 8.23 8.19 7.95l04/nl/l 如 7，25 7.064 135 接触线 0l 74.65 73.83 72.63方向和相对速 75.72 74.68度的夹角，。 岛 76.56 75.84 74.13诱导法 kI 6.47 6.26 6.12曲率/ k2 7.21 7.10 6.92lO'4mm k3 6-36 6.135 ：180 接触线 pl 75.64 74.83 73.69。

.方向和相对速 巩 76.53 75.72 74.38 73.64度的夹角，o 77.86 76.23 75.52 研究星轮齿宽对单螺杆压缩机啮合副啮合特性影响时，齿宽因子从 0.014到0.025变化时，相应的星轮宽从 25.8 mln到 23.9 mm变化。当星轮齿宽改变时，相应的单螺杆压缩机啮合副啮合特性计算结果如图2和图3所示。

图2 星轮齿宽对诱导法曲率的影响图 3 星轮齿宽对接触线方向和相对速度夹角的影响从图2可以看出，随着星轮齿宽的增加，单螺杆压缩机啮合面接触线的诱导法曲率先降低后增加，当星轮齿宽为 24.3 ITlTl时，诱导法曲率达到了最小时，此时啮合副的接触强度最好，从而有利于单螺杆压缩机可靠地工作。同时，从图2也可以看出，星轮齿顶面的诱导法曲率最大，从而表明星轮齿顶面的啮合强度最好，而星轮前齿面的诱导法曲率最小，从而表明星轮前齿面的接触强度最差。星轮后齿面的接触强度处于星轮前齿面和星轮后齿面接触强度之间。

从图 3可知，随着星轮齿宽的增加，接触线方向和相对速度夹角先增加后降低，当星轮齿宽为24.6 mm时，接触线方向和相对速度夹角最大，并且接近90。，表明此时单螺杆压缩机的润滑效果最好。星轮前齿面接触线方向和相对速度夹角最大，表明星轮前齿面的润滑效果最佳，而星轮齿顶面接触线方向和相对速度夹角最最小，表明星轮齿顶面的润滑效果最差。星轮后齿面的润滑效果处于星轮前齿面和星轮前齿面之间。

5 结论单螺杆压缩机啮合副啮合特性是影响单螺杆压缩机工作性能主要技术指标，根据单螺杆压缩机啮合副的工作原理，分别讨论了啮合角和星轮齿宽对单螺杆压缩机啮合副啮合特性的影响，通过仿真分析可知，啮合角%等于90。时，接触线方向和相对速度的夹角最接近90。，润滑特性最好。

星轮前齿面的润滑效果最佳，星轮齿顶面的润滑效果最差，理论分析的结果为单螺杆压缩机的设计和制造提供了有利的理论依据。