長(zhǎng)沙昱霆機(jī)電有限公司
Changsha Yuting electromechanical Co., Ltd
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引言
作為一種通用機(jī)械，空壓機(jī)使用范圍非常廣泛，螺桿空壓機(jī)更是因?yàn)橐讚p件少、無(wú)人值守等特點(diǎn)備受青睞，其市場(chǎng)占有量也迅速增長(zhǎng)。在資源短缺的今天，節(jié)能已經(jīng)成為業(yè)內(nèi)不二的追求目標(biāo)，如何設(shè)計(jì)出高效的螺桿主機(jī)一直是企業(yè)的不斷追求。
型線(xiàn)
螺桿壓縮機(jī)中，轉(zhuǎn)子形狀基本決定了螺桿壓縮機(jī)的性能，自1937年SRM（瑞典）公司研制成功第一臺(tái)螺桿壓縮機(jī)，轉(zhuǎn)子型線(xiàn)的研究一直是螺桿壓縮機(jī)研究領(lǐng)域的重點(diǎn)內(nèi)容，可以說(shuō)型線(xiàn)開(kāi)發(fā)的成功與否決定了企業(yè)的持續(xù)競(jìng)爭(zhēng)力，開(kāi)發(fā)節(jié)能、高效的型線(xiàn)已經(jīng)成為業(yè)界的不懈追求。
螺桿轉(zhuǎn)子型線(xiàn)經(jīng)歷了對(duì)稱(chēng)圓弧齒形、不對(duì)稱(chēng)齒形后，現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展到第三代齒形，它的組成齒曲線(xiàn)中不再有點(diǎn)、直線(xiàn)和擺線(xiàn)，均采用圓弧、橢圓、拋物線(xiàn)等曲線(xiàn)，所有組成齒曲線(xiàn)均為圓弧或圓弧包絡(luò)線(xiàn)。這種轉(zhuǎn)子型線(xiàn)能在轉(zhuǎn)子間完全實(shí)現(xiàn)“曲面對(duì)曲面”的密封，有助于形成流體動(dòng)力潤(rùn)滑油膜，可降低通過(guò)接觸線(xiàn)的橫向泄漏，提高壓縮機(jī)效率，改善了轉(zhuǎn)子的加工性能，便于采用磨削法加工特點(diǎn)的新型螺桿轉(zhuǎn)子型線(xiàn)。
在通常的設(shè)計(jì)條件下，螺桿壓縮機(jī)陽(yáng)陰轉(zhuǎn)子的齒數(shù)比在3/3到10/11之間。由于4/6組合有較好的強(qiáng)度、較高的效率，獲得了廣泛的應(yīng)用，成為業(yè)內(nèi)經(jīng)典的齒數(shù)比組合。5/6組合有較為接近的齒頂圓周速度，在外徑相同和型線(xiàn)基本一致的情況下，加工轉(zhuǎn)子的切削量少，從而可以增加轉(zhuǎn)子自身的強(qiáng)度。因其齒間落差小、回流損失小，可以提高熱效率，因此現(xiàn)在一些企業(yè)在新設(shè)計(jì)方案中廣泛采用5/6齒數(shù)比組合。
轉(zhuǎn)子
轉(zhuǎn)子長(zhǎng)徑比通常為0.9～2.0，隨著長(zhǎng)徑比的增大，泄露三角形也會(huì)增大，排氣孔口面積減小。小長(zhǎng)徑比彎曲應(yīng)力小、轉(zhuǎn)速低、噪聲低、壽命長(zhǎng)、可以較好的布置排氣孔口，在排量相通的情況下，小長(zhǎng)徑比的轉(zhuǎn)子直徑相對(duì)加大，在軸承的設(shè)計(jì)中，可以有較大的選擇空間，選擇大直徑的軸承可以有效提高軸承的壽命�，F(xiàn)在，一些企業(yè)已經(jīng)把“大轉(zhuǎn)子、大軸承、低轉(zhuǎn)速”作為賣(mài)點(diǎn)，正是基于以上的考慮。
螺桿壓縮機(jī)在使用的時(shí)候，一般都有一個(gè)最佳的速度范圍10～50m/s，在這個(gè)范圍潤(rùn)滑油的密封作用和粘性摩擦損失達(dá)到均衡，壓縮機(jī)有較高的效率。所以在大排量空壓機(jī)的設(shè)計(jì)中，轉(zhuǎn)子直徑不宜過(guò)大，企業(yè)在設(shè)計(jì)中還是要選擇較大的長(zhǎng)徑比，為了彌補(bǔ)大長(zhǎng)徑比對(duì)排氣孔口的影響，會(huì)選用徑向加軸向的排氣孔口方式，以期獲得較大的排氣孔口面積、減小流動(dòng)損失、提高機(jī)器效率。
在型線(xiàn)一定、轉(zhuǎn)子幾何特征確定的情況下，面積利用系數(shù)、扭角系數(shù)、吸、排氣孔口也就確定了，影響主機(jī)的效率因素就剩轉(zhuǎn)子的加工質(zhì)量和整機(jī)的組裝保證了。國(guó)內(nèi)個(gè)別企業(yè)已經(jīng)摒棄傳統(tǒng)的粗精銑螺桿轉(zhuǎn)子加工工藝，采用精銑細(xì)磨工藝加工螺桿轉(zhuǎn)子，其齒形加工精度可達(dá)到0.005mm，齒面粗糙度Ra0.1～0.2 μ m。良好的齒形精度和表面質(zhì)量保證了轉(zhuǎn)子的使用效率。
軸承
從制造成本角度考慮，目前一般小排量螺桿壓縮機(jī)主機(jī)通過(guò)齒輪、皮帶等調(diào)節(jié)方式調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速范圍，可以使一款主機(jī)有較大的排氣量使用范圍，最高使用轉(zhuǎn)速達(dá)到6000 r/min以上，加上轉(zhuǎn)子在運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生差別較大的軸向力和徑向力，為此，如何合理的選用軸承成為決定主機(jī)壽命的關(guān)鍵因素。
在螺桿壓縮機(jī)設(shè)計(jì)中，無(wú)論采用何種形式的軸承，都應(yīng)確保轉(zhuǎn)子的一端固定，另一端能夠伸縮。為使主機(jī)氣體的泄露最小，確保主機(jī)的效率，轉(zhuǎn)子在排氣端留有不變的最小間隙，故一般情況下，主機(jī)的固定端放在排氣端。在吸氣端留有較大的軸向間隙，讓其自由膨脹，吸氣端采用NU型軸承承受徑向力。主機(jī)在固定端軸承的設(shè)計(jì)中會(huì)選用以下幾種形式。
1、固定端采用四點(diǎn)角接觸球軸承和NU型圓柱滾子軸承：
固定端采用四點(diǎn)角接觸球軸承承受轉(zhuǎn)子的軸向力，NU型圓柱滾子軸承承受轉(zhuǎn)子的徑向力，該形式的特點(diǎn)利用四點(diǎn)角接觸球軸承和NU型圓柱滾子軸承有較高允許轉(zhuǎn)速，使一款主機(jī)有較大的排氣量使用范圍。缺點(diǎn)是：因?yàn)檩S承受力差異較大，軸承的使用壽命不匹配。
2、固定端采用背靠背圓錐滾子軸承
固定端采用背靠背圓錐滾子軸承，用以承擔(dān)轉(zhuǎn)子的軸向力和徑向力，在相同尺寸下，其允許轉(zhuǎn)速較之角接觸球軸承和NU型圓柱滾子低，但其使用壽命會(huì)延長(zhǎng)。
3、固定端采用背靠背角接觸球軸承和NU型圓柱滾子軸承：
該形式是固定端采用背靠背角接觸球軸承和NU型圓柱滾子軸承，背靠背角接觸球軸承既可以承擔(dān)軸向力，也可以和圓柱滾子軸承共同承擔(dān)徑向力，會(huì)大大緩解圓柱滾子軸承受力情況，做到軸承壽命的匹配。
