螺桿式壓縮機(jī)設(shè)計(jì)

1、前 言雙螺桿壓縮機(jī)屬于回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)?；剞D(zhuǎn)式壓縮機(jī)是一種工作容積作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的容積式氣體壓縮機(jī)械。氣體的壓縮是通過(guò)容積的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)，而容積的變化又是借壓縮機(jī)的一個(gè)或幾個(gè)轉(zhuǎn)子在氣缸里作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)來(lái)達(dá)到?；剞D(zhuǎn)式壓縮機(jī)的工作容積不同于往復(fù)式壓縮機(jī)，它除了周期性地?cái)U(kuò)大和縮小外，其空間位置也在變更?；剞D(zhuǎn)式壓縮機(jī)靠容積的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)氣體的壓縮，這一點(diǎn)與往復(fù)式壓縮機(jī)相同，它們都屬于容積式壓縮機(jī)；回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)的主要機(jī)件（轉(zhuǎn)子）在氣缸內(nèi)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，這一點(diǎn)又與速度式壓縮機(jī)相同。所以，回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)同時(shí)兼有上述兩類機(jī)器的特點(diǎn)?；剞D(zhuǎn)式壓縮機(jī)沒(méi)有往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，一般沒(méi)有氣閥，零部件（特別是易損件）少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，因而制造方便，

2、成本低廉；同時(shí)，操作簡(jiǎn)便，維修周期長(zhǎng)，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化?；剞D(zhuǎn)式壓縮機(jī)的排氣量與排氣壓力幾乎無(wú)關(guān)，與往復(fù)式壓縮機(jī)一樣，具有強(qiáng)制輸氣的特征。回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)運(yùn)動(dòng)機(jī)件的動(dòng)力平衡性良好，故壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)高、基礎(chǔ)小。這一優(yōu)點(diǎn)，在移動(dòng)式機(jī)器中尤為明顯?；剞D(zhuǎn)式壓縮機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)高，它可以和高速原動(dòng)機(jī)（如電動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、蒸汽輪機(jī)等）直接相聯(lián)。高轉(zhuǎn)數(shù)帶來(lái)了機(jī)組尺寸小、重量輕的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，在轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)一周之內(nèi)，通常有多次排氣過(guò)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?；剞D(zhuǎn)式壓縮機(jī)的適應(yīng)性強(qiáng)，在較大的工況范圍內(nèi)保持高效率。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。在某些類型的回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)（如羅茨鼓風(fēng)機(jī)、螺桿式壓縮

3、機(jī)）中，運(yùn)動(dòng)機(jī)件相互之間，以及運(yùn)動(dòng)機(jī)件與固定機(jī)件之間，并不直接接觸，在工作容積的周壁上無(wú)需潤(rùn)滑，可以保證氣體的潔凈，做到絕對(duì)無(wú)油的壓送氣體（這類機(jī)器成為無(wú)油回轉(zhuǎn)壓縮機(jī)）。同時(shí)，由于相對(duì)運(yùn)動(dòng)的機(jī)件之間存在間隙以及沒(méi)有氣閥，故它能壓送污濁和帶液滴、含粉塵的氣體。但是，回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)也有它的缺點(diǎn)，這些缺點(diǎn)是：由于轉(zhuǎn)數(shù)較高，加之工作容積與吸排氣孔口周期性地相通、切斷，產(chǎn)生較為強(qiáng)烈的空氣動(dòng)力噪聲，其中螺桿式壓縮機(jī)、羅茨鼓風(fēng)機(jī)尤為突出，若不采取消音措施，即不能被用戶所利用。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

4、還需使用專用設(shè)備?；剞D(zhuǎn)式壓縮機(jī)工作容積的周壁，大多不是圓柱形，使運(yùn)動(dòng)機(jī)件之間或運(yùn)動(dòng)機(jī)件與固定機(jī)件之間的密封問(wèn)題較難滿意解決，通常僅以其間保持一定的運(yùn)動(dòng)間隙達(dá)到密封，氣體通過(guò)間隙勢(shì)必產(chǎn)生泄漏，這就限制了回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)難以達(dá)到較高的終了壓力?；剞D(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。按轉(zhuǎn)子的數(shù)量區(qū)分：?jiǎn)无D(zhuǎn)子和雙轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)，個(gè)別情況下還有多轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)；按氣體壓縮的方式區(qū)分：有內(nèi)壓縮和無(wú)內(nèi)壓縮回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)；按工作容積是否有油（液）區(qū)分：有無(wú)油（液）和噴油（液）回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)。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)。此外，單螺桿壓縮機(jī)、液

5、環(huán)式壓縮機(jī)、偏心轉(zhuǎn)子式壓縮機(jī)以及旋轉(zhuǎn)活塞式壓縮機(jī)等在不同領(lǐng)域內(nèi)也得到應(yīng)用。上述各種回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)，除羅茨鼓風(fēng)機(jī)屬無(wú)內(nèi)壓縮的機(jī)器外，其余均是有內(nèi)壓縮的機(jī)器。雙螺桿壓縮機(jī)是一種很年輕的壓縮機(jī)型，在最近二十五年才發(fā)展成熟，形成系列化。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（ALysholm）的專利出現(xiàn)的時(shí)候。后來(lái)，又發(fā)明了圓弧形齒，非對(duì)稱齒形SRM和今天的第四代節(jié)能型。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。目前，回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)在冶金、化工、石油、交通運(yùn)輸、機(jī)械制造以及建筑工程

6、等工業(yè)部門得到廣泛的應(yīng)用；隨著人民生活水平的逐步提高，在耐用消費(fèi)品中也將得到廣泛的應(yīng)用。1 選題背景1.1 研究雙螺桿壓縮機(jī)的目的和意義本設(shè)計(jì)題目來(lái)源是自選科研。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(guò)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(zhǎng)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(guò)現(xiàn)有的值。設(shè)計(jì)吸氣孔口的形狀和合理位置，來(lái)提高壓縮機(jī)

7、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(guò)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(guò)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(guò)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(lái)。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

8、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。可以看出，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(guò)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)?？梢詫⑺鶎W(xué)理論知識(shí)與生產(chǎn)實(shí)際聯(lián)系起來(lái)，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)。1.2 雙螺桿壓縮機(jī)的特點(diǎn)和應(yīng)用前景.雙螺桿壓縮機(jī)的特點(diǎn)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)。就主要部件的運(yùn)動(dòng)形式而言，又與透平壓縮機(jī)相似。所

9、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)的優(yōu)點(diǎn)如下：1）可靠性高。螺桿壓縮機(jī)零部件少，沒(méi)有易損件，因而它運(yùn)轉(zhuǎn)可靠，壽命長(zhǎng)，大修間隔期可達(dá)4-8萬(wàn)h.2)操作維護(hù)方便。螺桿壓縮機(jī)自動(dòng)化程度高，操作人員不必經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的專業(yè)培訓(xùn)，可實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守運(yùn)轉(zhuǎn)。3）動(dòng)力平衡好。螺桿壓縮機(jī)沒(méi)有不平衡慣性力，機(jī)器可平穩(wěn)地高速工作，可實(shí)現(xiàn)無(wú)基礎(chǔ)運(yùn)轉(zhuǎn)，特別適合用作移動(dòng)式壓縮機(jī)，體積小、重量輕、占地面積少。4）適應(yīng)性強(qiáng)。螺桿壓縮機(jī)具有強(qiáng)制輸氣的特點(diǎn)，容積流量幾乎不受排氣壓力的影響，在寬廣的范圍內(nèi)能保持較高的效率，在壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)不作任何改變的情況下，適用于多種共質(zhì)。5）多相混輸。螺桿壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子齒面間實(shí)際上留

10、有間隙，因而能耐液體沖擊，可輸送含液氣體、含粉塵氣體、易聚合氣體等。（）螺桿壓縮機(jī)的主要缺點(diǎn)：1）造價(jià)高。由于螺桿壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子齒面是一空間曲面，需利用特制的刀具在價(jià)格昂貴的專用設(shè)備上進(jìn)行加工。另外，對(duì)螺桿壓縮機(jī)氣缸的加工精度也有較高的要求。2）不能用于高壓場(chǎng)合。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(guò)3MPa。3）不能用于微型場(chǎng)合。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0.2m3/min時(shí)，螺桿壓縮機(jī)才具有優(yōu)越的性能。.雙螺桿壓縮機(jī)的應(yīng)用前景（1）噴油螺桿空氣壓縮機(jī) 動(dòng)力用的噴油螺桿壓縮機(jī)已系列化，一般都是在大氣壓力下吸入氣體，單

11、級(jí)排氣壓力有0.7 MPa、1.0MPa和1.3 MPa（表壓）等不同形式。少數(shù)用于驅(qū)動(dòng)大型風(fēng)鉆的兩級(jí)壓縮機(jī)，排氣壓力可達(dá)到2.5 MPa（表壓）。此類壓縮機(jī)目前的容積流量范圍為0.2-100m3/min，越來(lái)越被用到對(duì)空氣品質(zhì)要求非常高的應(yīng)用場(chǎng)合，如食品、醫(yī)藥及棉紡企業(yè)，占據(jù)了許多原屬無(wú)油壓縮機(jī)的市場(chǎng)。（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(guò)開啟式。此外，螺桿制冷壓縮機(jī)還用于工業(yè)制冷、食品冷凍、冷藏，以及各種交通運(yùn)輸工具的制冷裝置。在環(huán)境溫度下工作時(shí)，單級(jí)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(jí)壓縮，可達(dá)-4

12、0的蒸發(fā)溫度。既能供冷又能供暖的冷熱兩用螺桿機(jī)組，近年發(fā)展很快。目前螺桿制冷壓縮機(jī)標(biāo)準(zhǔn)工況下制冷量范圍為10-2500KW。（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，排氣壓力通常小于4.5MPa，但可高達(dá)9MPa，容積流量范圍為1-200 m3/min。（4）干式螺桿壓縮機(jī) 目前一般干式螺桿壓縮機(jī)的單級(jí)壓力比為，雙級(jí)壓力比可達(dá)8-10，容積流量為3-500m3/min。（5）噴水螺桿壓縮機(jī) 使噴入的水與潤(rùn)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

13、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)。1.3 國(guó)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L(zhǎng)ysholm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(wú)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(wú)油螺桿壓縮機(jī)；第四代，1982年后以SRM-D齒形為代表，5+6齒，4+5齒

14、，5+7齒，主要線段為線生成式曲線，無(wú)尖點(diǎn)，凡第四代齒形均為節(jié)能型。近年來(lái)，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(yáng)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(guó)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，我國(guó)的噴油內(nèi)冷卻的動(dòng)力用雙螺桿壓縮機(jī)比功率已達(dá)5.56KW（ /min），已超過(guò)國(guó)外產(chǎn)品最好的比

15、功率5.54KW（ /min）。封閉式螺桿空壓機(jī)噪聲可達(dá)60-85dB(A),國(guó)外螺桿壓縮機(jī)無(wú)故障運(yùn)行在7* h，國(guó)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(guó)外占據(jù)80%以上移動(dòng)式空壓機(jī)市場(chǎng)，國(guó)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(shuō)，我國(guó)的個(gè)別企業(yè)的螺桿壓縮機(jī)已經(jīng)達(dá)到國(guó)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(wú)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?jī)陕輻U嚙

16、合過(guò)程中磨損問(wèn)題和潤(rùn)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(wú)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(lái)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。1.4 雙螺桿壓縮機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理.基本結(jié)構(gòu)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(yáng)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(yáng)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

17、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(guò)程。一般陽(yáng)轉(zhuǎn)子與原動(dòng)機(jī)連接，由陽(yáng)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。雙螺桿壓縮機(jī)的總體結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。.工作原理螺桿壓縮機(jī)的工作循環(huán)可分為吸氣、壓縮和排氣三個(gè)過(guò)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。（1）吸氣過(guò)程圖2示出的螺桿壓縮機(jī)的吸氣過(guò)程，所討論的一對(duì)齒用箭頭標(biāo)出，陽(yáng)轉(zhuǎn)子按逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，陰轉(zhuǎn)子按順時(shí)針?lè)较蛐D(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2粗實(shí)線所

18、示。圖2 雙螺桿壓縮機(jī)的吸氣過(guò)程a）吸氣過(guò)程即將開始 b）吸氣過(guò)程中 c）吸氣過(guò)程結(jié)束圖2（a）示出的是吸氣過(guò)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2（b）中陰影部分所示。在隨后的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，陽(yáng)轉(zhuǎn)子齒不斷從陰轉(zhuǎn)子的齒槽中脫離出來(lái)，齒間容積不斷擴(kuò)大，并與吸氣孔口保持連通。吸氣過(guò)程結(jié)束時(shí)的轉(zhuǎn)子位置如圖2（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

19、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(guò)程結(jié)束。（2） 壓縮過(guò)程a）吸氣過(guò)程即將開始 b）吸氣過(guò)程中 c）吸氣過(guò)程結(jié)束、排氣過(guò)程即將開始圖3示出螺桿壓縮機(jī)的壓縮過(guò)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(yáng)轉(zhuǎn)子沿順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，陰轉(zhuǎn)子沿逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。圖3 雙螺桿壓縮機(jī)的壓縮過(guò)程圖3（a）示出壓縮過(guò)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(guò)程，圖3（b）。壓縮過(guò)程可一直持續(xù)到齒間容積即將與排氣孔口連通之前。（3）排

20、氣過(guò)程圖4 雙螺桿壓縮機(jī)的排氣過(guò)程a）排氣過(guò)程中 b）排氣過(guò)程結(jié)束圖4示出螺桿壓縮機(jī)的排氣過(guò)程。齒間容積與排氣孔口連通后，即開始排氣過(guò)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(guò)排氣孔口被排出，圖4（a）。這個(gè)過(guò)程一直持續(xù)到齒末端的型線完全嚙合，圖4(b) 。此時(shí)，齒間容積內(nèi)的氣體通過(guò)排氣孔口被完全排出，封閉的齒間容積變?yōu)榱恪? 雙螺桿壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子型線設(shè)計(jì)2.1 轉(zhuǎn)子型線設(shè)計(jì)原則.轉(zhuǎn)子型線及其要素螺桿壓縮機(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

21、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(yáng)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(guò)接觸線中斷缺口，向低壓力區(qū)泄漏。陰、陽(yáng)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(yáng)轉(zhuǎn)子齒頂圓的交點(diǎn)較遠(yuǎn)，則說(shuō)明泄漏三角形面積較大。（3）封閉容積 。如果在齒間容

22、積開始擴(kuò)大時(shí)，不能立即開始吸氣過(guò)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。.轉(zhuǎn)子型線設(shè)計(jì)原則 （）滿足嚙合要求。螺桿壓縮機(jī)的陰、陽(yáng)轉(zhuǎn)子型線必須是滿足嚙合定律的共軛型線。（）形成長(zhǎng)度較短的連續(xù)接觸線。為了盡可能減少氣體通過(guò)間隙帶的泄漏，要求設(shè)法縮短轉(zhuǎn)子間的接觸線長(zhǎng)度。（）應(yīng)形成較小面積的泄漏三角形。（）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。（）齒間面積盡量大。較大的齒間

23、面積使泄漏量占的份額相對(duì)減少，效率得到提高。2.2 型線方程和嚙合線方程2.2.1.坐標(biāo)系建立及坐標(biāo)變換（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5所示的四個(gè)坐標(biāo)系：圖5 坐標(biāo)系關(guān)系圖1）固結(jié)在陽(yáng)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(yáng)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(yáng)轉(zhuǎn)子之間是定傳動(dòng)比嚙合，故有:（1） 式中，2、1為陰、陽(yáng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角；n2、n1為陰、陽(yáng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速；2、1 為陰、陽(yáng)轉(zhuǎn)子角速度；R2t、R1t為陰、陽(yáng)轉(zhuǎn)子節(jié)圓半徑；z2、z1為陰、陽(yáng)轉(zhuǎn)子齒數(shù)；i為傳動(dòng)比； A為陰、陽(yáng)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

24、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 （2）b) 動(dòng)坐標(biāo)系與靜坐標(biāo)系的變換（3）c) 靜坐標(biāo)系與靜坐標(biāo)系的變換（4）d) 動(dòng)坐標(biāo)系與動(dòng)坐標(biāo)系的變換（5）e) 動(dòng)坐標(biāo)系與動(dòng)坐標(biāo)系的變換（6）.齒曲線及其共軛曲線（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(yáng)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：（7）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

25、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（8）1）求出陰轉(zhuǎn)子上組成齒曲線相對(duì)于陽(yáng)轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)時(shí)的曲線簇方程將方程（8）代入坐標(biāo)變換式（5），得（9）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（10）此包絡(luò)線上任一點(diǎn)的切線斜率可微分上式，得（11）與包絡(luò)線共切于該點(diǎn)的曲線簇中的一條曲線（1為常數(shù)），其斜率為（12）由于是公切線，這兩切線的斜率應(yīng)該相等，令式（11）與式（12）右邊相等，整理得（13）或 （14）同樣，若假定在陽(yáng)轉(zhuǎn)子上給定了一段組成齒曲線1，即 （15）將曲線1的方程（15）代入動(dòng)坐標(biāo)變換式（6），得到曲線

26、簇的方程為 （16）經(jīng)類似的推演，可得其包絡(luò)條件為（17）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（18）則其共軛曲線方程，可用方程（10）及補(bǔ)充條件聯(lián)立表示，即 （19）同樣，若已在陽(yáng)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（16）及補(bǔ)充條件聯(lián)立表示，即（20）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 （21）2.3 單邊不對(duì)稱擺線-銷齒圓弧型線本設(shè)計(jì)采用我國(guó)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(jiàn)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

27、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(yáng)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(guò)泄漏三角形的泄漏量增加。為此，通常限制直線段DE的長(zhǎng)度在0.5-2mm 的允許范圍之內(nèi)。處在低壓側(cè)的直線段AB的長(zhǎng)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(guò)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

28、GH AB方程陰轉(zhuǎn)子上的AB為一徑向直線，其方程為:（22）參數(shù)2的變化范圍為 （23）由三角形O2BP,有 （24）（25）即（26）式中,Z2、Z1分別為陰、陽(yáng)轉(zhuǎn)子齒數(shù)，R為齒高半徑，在標(biāo)準(zhǔn)中，規(guī)定R=25.625%A。 GH方程陽(yáng)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（27）故有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（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。 嚙合線方程AB和GH嚙合時(shí)的嚙合線方程，可按式（21），通過(guò)把AB的方程（22）代入坐標(biāo)變換式（3），并與包絡(luò)條件式（2

29、8）聯(lián)立得到，即（29）1） BC與HIBC方程陰轉(zhuǎn)子上的曲線BC為一圓心在節(jié)點(diǎn) P，半徑為R的圓弧，又稱銷齒圓弧，其方程為 （30）參數(shù)t為（31）由直角三角形O2BP，有a 1為保護(hù)角，通常為5°-10°，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為5°。HI方程陽(yáng)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）代入坐標(biāo)變換式（5），得曲線簇方程為（32）故有將上述諸式代入包絡(luò)條件式（14），可得包絡(luò)條件為即（33）由此可見(jiàn)，BC與HI僅在的位置嚙合，而且是整條曲線同時(shí)嚙合。把式（33）代入式（32），得到簡(jiǎn)化后的HI方程為 （34）銷齒圓弧的共軛曲線仍是一完全的銷齒圓弧

30、，兩曲線僅在 的瞬時(shí)嚙合，而且是沿著整個(gè)圓弧段同時(shí)嚙合。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（35）式（35）表明，銷齒圓弧的嚙合線是與銷齒圓弧一樣的圓弧。2） I點(diǎn)與CDI點(diǎn)方程陽(yáng)轉(zhuǎn)子上的I點(diǎn)為一固定點(diǎn)，在坐標(biāo)系中的 （36）而由三角形O1IP可知：CD方程陰轉(zhuǎn)子上的CD曲線是與陽(yáng)轉(zhuǎn)子上I點(diǎn)共軛的曲線，將I點(diǎn)的方程（36）代入坐標(biāo)變換式（6），得 （37）參數(shù)變化范圍為 （38）陰轉(zhuǎn)子CD曲線上任一點(diǎn)距陰轉(zhuǎn)子中心O2的距離可用下式表示： （39）將式（37）代入式（39），整理得即 （40）故 （41） （42）其中 （43）其中e稱

31、為徑向直線修正長(zhǎng)度，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為e=0.625%A。嚙合線方程將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（44）其參數(shù)變化范圍仍由式（38）確定。I點(diǎn)與其共軛曲線CD嚙合時(shí)，其嚙合線就是以陽(yáng)轉(zhuǎn)子中心O1為圓心，以I點(diǎn)到O1的距離b1為半徑的圓弧，即I點(diǎn)在靜坐標(biāo)系中的運(yùn)動(dòng)軌跡。3） D點(diǎn)與IJD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 （45）其中，由曲線CD方程（37），有 （46）式中由式（42）確定。IJ方程將D點(diǎn)的方程（45）代入坐標(biāo)變換式（5），即得IJ方程為（47）參數(shù)變化范圍為（48）陰轉(zhuǎn)子IJ曲線上任有點(diǎn)距陽(yáng)轉(zhuǎn)子中心O1

32、的距離可用下式表示： （49）將式（47）代入（49）中，得 即（50） （51） （52）其中 r J方程在直角三角形O2DP中， （53）在直角三角形O1O2J中，（54） 嚙合線方程將D點(diǎn)方程（45）代入坐標(biāo)變換式（3）中，并考慮到包絡(luò)條件自然滿足，得到嚙合線方程為 （55）其參數(shù)變化范圍仍由式（48）確定。其嚙合先就是D點(diǎn)在靜坐標(biāo)系中的軌跡，即以O(shè)2為圓心，以D點(diǎn)到O2的距離為半徑的圓弧。5）DE與JKDE方程陰轉(zhuǎn)子上的DE為一徑向直線，其方程為（56）參數(shù)2的變化范圍為（57）JK方程將DE的方程（56）代入坐標(biāo)變換式（5），得曲線簇方程為（58）故有 將上述諸式代入包絡(luò)條件式（14

33、），得到曲線參數(shù)2與轉(zhuǎn)角參數(shù)1的關(guān)系為 （59）其參數(shù)變化范圍由式（57）確定，式（58）表明JK的性質(zhì)是一擺線。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（60）其參數(shù)變化范圍由式（57）確定。6）EF與KL EF方程陰轉(zhuǎn)子上EF曲線為一圓心在O2，半徑為R2 t的圓弧，其方程為 （61）參數(shù) t和變化范圍為（62） KL方程將EF的方程（61）代入坐標(biāo)變換式（5），得 （63）故有 將上述諸式代入包絡(luò)條件式（14），可得包絡(luò)條件為（64）把式（64）代入式（63），整理后得（65）其參數(shù)變化范圍仍由式（62）確定。從式（65）可以看

34、出，KL是圓心在O1，半徑為R1 t的圓弧，這說(shuō)明節(jié)圓圓弧的共軛曲線仍為節(jié)圓圓弧。 嚙合線方程把EF的方程（61）代入坐標(biāo)變換式（3），得（66）上式表明節(jié)圓圓弧的嚙合線為一固定點(diǎn)，即節(jié)點(diǎn)p。陰轉(zhuǎn)子型線程序見(jiàn)附件（三）；陽(yáng)轉(zhuǎn)子型線程序見(jiàn)附件（四）；3 雙螺桿空氣壓縮機(jī)螺桿尺寸的確定雙螺桿壓縮機(jī)螺桿尺寸按以下的關(guān)系式確定：陽(yáng)轉(zhuǎn)子節(jié)圓直徑 d1=D1/（1+h1）陰轉(zhuǎn)子節(jié)圓直徑 d2=d1/（z2/z1）陽(yáng)轉(zhuǎn)子根圓直徑 Di1=d1/（1-h2）陰轉(zhuǎn)子頂圓直徑 De2=d1/（i+h2）陰轉(zhuǎn)子根圓直徑 Di2=d1/（i-h1）轉(zhuǎn)子螺桿長(zhǎng)度 L=（L/De1）De1中心距 A=0.5（d1+d2）

35、陰轉(zhuǎn)子扭轉(zhuǎn)角 2=1/i陽(yáng)轉(zhuǎn)子的導(dǎo)程 b1=360°L/1陰轉(zhuǎn)子的導(dǎo)程 b2=360°L/2陽(yáng)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速（r/min） n1=60u1/3.14De1陰轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速（r/min） n2=n1/i節(jié)圓螺旋角 =arctg（b1/2r1）= arctg（b2/2r2）本設(shè)計(jì)中壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子螺桿部分的幾何尺寸選用標(biāo)準(zhǔn)系列，具體見(jiàn)附表2。取陽(yáng)轉(zhuǎn)子圓周速度u1=10m/s，則陽(yáng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n1=60u1/(3.14D1)=6010/(3.140.102)=1873.3608r/min.陰轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n2=n1/I=1873.3608/(0.6667)= 2809.9007 r/min.4 幾何特性

36、4.1 齒間面積和面積利用系數(shù)1.齒間面積陰、陽(yáng)轉(zhuǎn)子的齒間面積是螺桿壓縮機(jī)的重要幾何性質(zhì)之一，在對(duì)轉(zhuǎn)子型線的各段組成齒曲線建立方程逐個(gè)確定其參數(shù)變化范圍后，可利用解析法求得轉(zhuǎn)子的齒間面積。陰、陽(yáng)轉(zhuǎn)子齒間面積系由多段光滑曲線及齒頂圓弧首尾相接圍成的，故其面積的一般表達(dá)式為：（67）（1）陰轉(zhuǎn)子齒間面積陰轉(zhuǎn)子齒間面積A02為： =669.0188（mm2） （68）（2） 陽(yáng)轉(zhuǎn)子齒間面積陽(yáng)轉(zhuǎn)子齒間面積A01為： =552.4108（mm2）（69）=1221.4296(mm4)2.面積利用系數(shù)螺桿壓縮機(jī)的面積利用系數(shù)，表征轉(zhuǎn)子直徑范圍內(nèi)總面積的利用程度。其定義式為：（70）查表23-11，得單邊對(duì)

37、稱擺線-銷齒圓弧型線的面積利用系數(shù)=0.4696。4.2 齒間容積及其變化過(guò)程4.2.1.齒間容積一般若轉(zhuǎn)子的齒間面積為A、有效工作段長(zhǎng)度為L(zhǎng)，則齒間容積V為 （71）由上式，可得陰、陽(yáng)轉(zhuǎn)子的齒間容積V02、V01分別為（72） （73） （74）.齒間容積的變化螺桿壓縮機(jī)工作時(shí)，陰、陽(yáng)轉(zhuǎn)子的齒間容積因彼此侵占而減小，從而實(shí)現(xiàn)壓縮氣體的目的。用端面齒間面積的變化來(lái)描述容積的變化，可以使復(fù)雜的空間問(wèn)題轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單的平面問(wèn)題。如圖6所示，當(dāng)陰轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到齒1，即將侵占陽(yáng)轉(zhuǎn)子齒1后的齒間面積A01位置時(shí)，即為壓縮開始點(diǎn)，也是齒間容積減少的起點(diǎn)。規(guī)定處于這一位置的陽(yáng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角為零，即1=0。此后，陽(yáng)轉(zhuǎn)子齒1后

38、的齒間面積就因陰轉(zhuǎn)子齒1的侵入而由最大值A(chǔ)01逐漸減少。圖6 基元容積開始減少時(shí)的轉(zhuǎn)子位置從壓縮過(guò)程開始點(diǎn)起，根據(jù)轉(zhuǎn)子型線方程或型線坐標(biāo)點(diǎn)，應(yīng)用解析法、數(shù)值積分法或圖解積分法，可得到陽(yáng)轉(zhuǎn)子的齒間面積被陰轉(zhuǎn)子齒侵占的齒間面積A0r隨陽(yáng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角1的變化曲線，如圖7（a）所示。同理，可得到陰轉(zhuǎn)子A2r的齒間面積被陽(yáng)轉(zhuǎn)子齒侵占的齒間面積隨陽(yáng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)角1的變化曲線，如圖7（b）所示。將兩圖疊加，得到圖7（c），它表示一對(duì)齒間面積Ar被侵占值轉(zhuǎn)角1的關(guān)系。圖7 齒間面積侵占圖a）陽(yáng)轉(zhuǎn)子齒間面積被侵占圖b）陰轉(zhuǎn)子齒間面積被侵占圖c）一對(duì)齒間面積被侵占圖圖7中，1z為陽(yáng)轉(zhuǎn)子扭轉(zhuǎn)角，1z=300°，螺旋

39、角=0.6781，而（75）齒間容積減少的數(shù)值可用Ar-1曲線下的面積求得，即（76）由式（75）可得到齒面間容積對(duì)的容積減少值與轉(zhuǎn)角j1的關(guān)系曲線，如圖所示?？煞秩齻€(gè)階段：第階段（0j1j1k）：該階段結(jié)束時(shí)齒間容積減少值為V1k=T1/（2p）S0第階段（j1kj 1t 1z）：該階段容積減少值為 （77）該階段結(jié)束時(shí)，齒間容積總的減少值為 （78）第階段（t 1zj 1t 1z+ j 1k）：該階段容積減少值為。顯然有關(guān)系式（79）從上述分析看出，螺桿壓縮機(jī)的陰、陽(yáng)轉(zhuǎn)子齒從開始嚙合到解脫嚙合期間，位于接觸線一側(cè)的齒間容積從最大值減少到零，完成壓縮和排氣過(guò)程。同時(shí)，位于接觸線另一側(cè)的齒間容

40、積卻從零擴(kuò)大到最大值，完成了吸氣過(guò)程。4.3 扭角系數(shù)及內(nèi)容積比.扭角系數(shù)扭角系數(shù)為（80）查表23-12，得單邊不對(duì)稱擺線-銷齒圓弧型線的扭角系數(shù)為Cj =0.9905。2.內(nèi)容積比它決定壓縮機(jī)的排氣孔口位置，其定義為 （81）氣體的壓縮過(guò)程終止于第階段，則 （82） （83）做近似計(jì)算，氣體的壓縮過(guò)程終止于第階段，則（84）將上式代入式（82）及式（83），得 （85） （86）則（87）5 雙螺桿壓縮機(jī)的熱力學(xué)計(jì)算螺桿壓縮機(jī)的熱力學(xué)計(jì)算的目的，是為了求出在壓縮過(guò)程中壓力和溫度的變化，并由其結(jié)果算出機(jī)器所需要的功率。此外至少還必須近似地求出壓縮機(jī)的容積效率。在螺桿壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算中，對(duì)于大

41、部分所輸送的工質(zhì)的壓力和溫度變化與理想氣體相同。螺桿壓縮機(jī)齒槽內(nèi)的實(shí)際的熱力學(xué)過(guò)程十分復(fù)雜，在理論上還不能準(zhǔn)確地掌握的。因此，在熱力學(xué)計(jì)算上只能采用十分簡(jiǎn)化的模型，于是得出的結(jié)果只能近似地接近實(shí)際。5.1 內(nèi)壓力比若壓縮氣體視為理想氣體，則內(nèi)壓力比可用下式近似計(jì)算： （88）式中，pt = 0.8Mpa(表壓)為內(nèi)壓縮終了的壓力； = 0.1Mpa(大氣壓),為吸氣終了壓力；Vt為壓縮過(guò)程結(jié)束時(shí)的容積值；Vo為吸氣過(guò)程結(jié)束時(shí)的容積值；為壓縮機(jī)的內(nèi)容積比；m為多方壓縮過(guò)程指數(shù)。將已知數(shù)據(jù)代入上式得：=0.8/0.1=85.2 容積流量及容積效率.理論容積流量螺桿壓縮機(jī)的理論容積流量qvi，為單位

42、時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的齒間容積之和，它只取決于壓縮機(jī)的幾何尺寸和轉(zhuǎn)速。若令=L/D1，則有 （89）查手冊(cè)得： =0.4696；查手冊(cè)得： =0.971（陽(yáng)轉(zhuǎn)子扭轉(zhuǎn)角為300°）；長(zhǎng)徑比l =L/D1=1.35；D1=102mm；陽(yáng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n1=1873.36r/min。將已知數(shù)據(jù)代入式（89），得.實(shí)際容積流量螺桿壓縮機(jī)的實(shí)際容積流量是指折算到吸氣狀態(tài)的實(shí)際容積流量，計(jì)算式為 （90）式中V為容積效率, 已知=1.0m3/min，代入式（69），得5.3 軸功率及絕熱效率.指示功W氣體看作理想氣體，其狀態(tài)方程如下所示：或 （91）(1)吸氣過(guò)程看作等壓過(guò)程吸進(jìn)的空氣質(zhì)量m為，p0=p1s

43、=Pa，T0=T1s=298K，空氣分子量M = 29.27，氣體常數(shù)R=8.314（J.mol-1.k-1）。（92） 吸氣過(guò)程指示功W1為 （93）（2）壓縮過(guò)程看作絕熱過(guò)程壓縮過(guò)程結(jié)束時(shí)，齒間容積總的減少值V2z為= =壓縮過(guò)程結(jié)束時(shí)，齒間容積V2為 = =（94）壓縮終溫Td為,因?yàn)橛幸欢崃總鞒觯?nk=1.4，取n=1.10=360.078（K）（95）壓縮過(guò)程指示功W2為，空氣的絕熱系數(shù)k=1.4（96）（3）排氣過(guò)程看作等壓過(guò)程排氣過(guò)程指示功W3 (97)總的指示功W為（98）.軸功率（1） 指示功率PiPi=(99)W為指示功，n為壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速,n=3000r/min。軸功率（

44、100）m為機(jī)械效率，一般m，取m =0.96。5.3.3.絕熱效率ad螺桿壓縮機(jī)的絕熱效率ad反映了壓縮機(jī)能量利用的完善程度，其數(shù)值依機(jī)型和工況不同而有明顯的差別。據(jù)圖23-50，Pd=0.8Mpa, 取絕熱效率had=0.78。.絕熱指示效率hi（101）5.4 電動(dòng)機(jī)功率.傳動(dòng)效率采用增速齒輪傳動(dòng)，其傳動(dòng)效率ht，取ht=0.98。電動(dòng)機(jī)功率一般電動(dòng)機(jī)功率均滿足選配大于軸功率，電動(dòng)機(jī)動(dòng)余度為：xd，取xd=1.10，電動(dòng)機(jī)功率（102）5.5 電功率本設(shè)計(jì)采用封閉式三相交流異步鼠籠式電動(dòng)機(jī)，其型號(hào)為Y280S-2，電動(dòng)機(jī)軸直徑D=65mm其轉(zhuǎn)速n=3000r/min，其效率hd=0.91

45、5，則電能總消耗為：(KW)（103）6 雙螺桿壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)由于空氣壓縮機(jī)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)非常激烈，因此空氣壓縮機(jī)多被設(shè)計(jì)為系列化、標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)品，以便大批量、低成本地生產(chǎn)和銷售。另外，由于壓縮空氣的用途非常廣泛，要求空氣壓縮機(jī)的運(yùn)行和維護(hù)盡量簡(jiǎn)單，以便使非專業(yè)技術(shù)人員也能夠正確操作。噴油螺桿空氣壓縮機(jī)的機(jī)體不設(shè)冷卻水套，轉(zhuǎn)子為內(nèi)部不需冷卻的整體結(jié)構(gòu)，壓縮氣體所產(chǎn)生的徑向力和軸向力都由滾動(dòng)軸承來(lái)承受。排氣端的轉(zhuǎn)子工作段與軸承之間有一個(gè)簡(jiǎn)單的軸封，通過(guò)在機(jī)殼或軸上開出凹槽，并向里邊供入一定壓力的密封油，即可很好地起到密封的作用。7 雙螺桿壓縮機(jī)的力學(xué)計(jì)算用虛功原理對(duì)螺桿壓縮機(jī)進(jìn)行動(dòng)力分析，徑向力的計(jì)

46、算歸結(jié)為基元容積投影的幾何性質(zhì)的計(jì)算，將復(fù)雜的空間問(wèn)題轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單的平面問(wèn)題。分析力學(xué)的基礎(chǔ)是虛位移原理和達(dá)郎伯原理。前者給出解決力學(xué)系統(tǒng)平衡問(wèn)題的普遍原理；而后者用平衡的觀點(diǎn)來(lái)處理動(dòng)力學(xué)問(wèn)題。無(wú)論約束是定常的或不定常的，如果約束力在質(zhì)點(diǎn)系任意虛位移中的元功之和等于零，則任一瞬時(shí)作用在該理想約束的質(zhì)點(diǎn)系上的主動(dòng)力與慣性力在質(zhì)點(diǎn)系任意虛位移中的元功之和為零。這稱為動(dòng)力學(xué)普遍方程或達(dá)朗伯-拉格郎日方程。瞬時(shí)基元容積內(nèi)的氣體對(duì)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩Tg，Tg在虛位移即轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)微元角dj上所做的功為Wg， （105）主動(dòng)力在dj上所做的功等于瞬時(shí)基元容積之中氣體壓力Pi與容積微小變化dV的乘積，按照達(dá)朗伯-拉

47、格郎日方程則有： （106）因合力對(duì)任一軸的矩等于各力對(duì)同一軸的矩的代數(shù)和，所以Tg可通過(guò)計(jì)算瞬時(shí)基元容積在XOZ、YOZ平面投影的靜矩M求出，（107）由（105）、（106）、（107）式 （108）7.1 徑向力的計(jì)算.坐標(biāo)系計(jì)算瞬時(shí)基元容積投影的靜矩時(shí)，采用下圖所示的坐標(biāo)系：圖8 轉(zhuǎn)子坐標(biāo)系O1Z1-陽(yáng)轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)軸；O2Z2-陰轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)軸；X1O1Y1位于陽(yáng)轉(zhuǎn)子吸氣端面；X2O2Y2位于陰轉(zhuǎn)子吸氣端面；陽(yáng)轉(zhuǎn)子以1作逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)；陰轉(zhuǎn)子以2作順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。.計(jì)算工況取基元容積與排氣孔連通時(shí)作為計(jì)算工況，此時(shí)轉(zhuǎn)子受力最大，響應(yīng)的氣體壓力分別為：j1=106.956°，Pi=0.1143

48、Mpa；j1=196.956°，Pi=0.2838Mpa；j1=286.956°，Pi=0.5375Mpa；j1=376.956°，Pi=0.8Mpa；.平面圖形的靜矩和重心基元容積在XOZ、YOZ平面上的投影輪廓線由接觸線、齒頂螺旋線、吸氣端面（或排氣端面）組成。設(shè)基元容積在YOZ平面的投影對(duì)于Y軸及Z軸的靜矩為MY-YOZ及MZ-YOZ，密度為1，面積為SYOZ，則重心G1（Y，ZYOZ）的坐標(biāo)為： （109）（110） （111） （112）式中的f（Z）為接觸線方程或齒頂螺旋線方程，若氣體壓力產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)力矩與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相反 ，則靜矩取正直，反之則取負(fù)值，

49、積分方式采用解析法。.作用在轉(zhuǎn)子上的徑向力MZ-YOZ1、Y1、ZYOZ1、Pi可以確定作用在陽(yáng)轉(zhuǎn)子X(jué)1方向上徑向載荷TX1的大小、方向、作用點(diǎn)；MZ-XOZ1、X1、ZXOZ1、Pi可以確定作用在陽(yáng)轉(zhuǎn)子Y1方向上徑向載荷TY1的大小、方向、作用點(diǎn)。同理，MZ-YOZ2、Y2、ZYOZ2、Pi和MZ-XOZ2、X2、ZXOZ2、Pi分別可確定作用在陰轉(zhuǎn)子上的徑向載荷Tx2和Yy2。TX、TY與圖所示X軸、Y軸方向相反取負(fù)值。當(dāng)基元容積與排氣孔連通時(shí)，作用在陽(yáng)轉(zhuǎn)子上總的徑向力T1為：7.2 軸承支反力陽(yáng)轉(zhuǎn)子吸氣側(cè)和排氣側(cè)軸承支反力分別為：陰轉(zhuǎn)子吸氣側(cè)和排氣側(cè)軸承支反力分別為：7.3 軸向力的計(jì)算

50、在半徑為r齒面的微元螺旋線段dl上，氣體壓力dpi可以分解為軸向分離dQa、徑向分力dT，切向分力dQT。按力學(xué)規(guī)則可得dQT與dQa的關(guān)系式： （113）式中b 半徑為r的圓柱面上的螺旋角又因則有（114）式中b螺桿的導(dǎo)程作用于dl上的轉(zhuǎn)矩dTg： （115）積分上式得氣體對(duì)抓呢子的旋轉(zhuǎn)力矩Tg （116）將（107）式展開： （117） （118）整理（116）、（117）、（118）式： （119） （120）式中Qa1、Qa2陽(yáng)、陰轉(zhuǎn)子型面軸向力，正號(hào)表示指向吸氣端；負(fù)號(hào)表示指向排氣端。 指向吸氣端 指向排氣端8 雙螺桿壓縮機(jī)的吸、排氣孔口設(shè)計(jì)8.1 吸氣孔口壓縮機(jī)吸氣孔口的合理位置和

51、形狀，是實(shí)現(xiàn)氣體壓縮過(guò)程的必備條件，也是實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)效率的一個(gè)重要因素。為此，在設(shè)計(jì)吸氣孔口時(shí)應(yīng)該滿足一系列的要求： 吸氣孔口應(yīng)盡量減少吸氣封閉容積的影響。 吸氣孔口的位置應(yīng)能保證齒間容積獲得最大程度的充氣，以提高機(jī)器的容積利用率。 氣體在吸氣孔口處及齒間容積內(nèi)的流動(dòng)損失要小。即力求孔口面積盡能地大、氣流通道截面變化平滑。.軸向吸氣孔口（1） 吸氣開始角目前廣泛使用的不對(duì)稱型線，當(dāng)陰轉(zhuǎn)子齒轉(zhuǎn)過(guò)兩轉(zhuǎn)子的齒頂圓交點(diǎn)，并與陽(yáng)轉(zhuǎn)子進(jìn)入嚙合后，在接觸線的一側(cè)，轉(zhuǎn)子的齒間容積將逐步減少。在接觸線的另一側(cè)，轉(zhuǎn)子的齒間容積將從零開始擴(kuò)大。在f = 0b 范圍內(nèi)不能布置吸氣孔口，會(huì)產(chǎn)生大小不同的吸入封閉容積。當(dāng)陽(yáng)

52、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)兩轉(zhuǎn)子的中心線后，處于壓縮過(guò)程的容積不再與吸氣端面連通，從此位置開始，即可布置吸氣孔口。吸氣孔口不應(yīng)處于嚙合線范圍內(nèi)，為使齒間容積盡早開始吸氣過(guò)程，吸氣孔口應(yīng)盡量靠近兩轉(zhuǎn)子的中心連線，即陽(yáng)轉(zhuǎn)子的吸氣開始角應(yīng)為b。（2） 吸氣結(jié)束角吸氣孔口的位置應(yīng)能保證齒間容積獲得最大程度的充氣。陽(yáng)轉(zhuǎn)子的軸向吸氣角a1s由下式確定：1z=3/2=0.6781 （121） （122）陰轉(zhuǎn)子軸向吸氣角a2s為 （123）考慮到實(shí)際氣體流動(dòng)滯后的因素，可適當(dāng)選取比式（123）計(jì)算結(jié)果大的數(shù)值，故取a2s = 4.20000。1. 徑向吸氣孔口為了盡可能擴(kuò)大吸氣孔口的通流面積，在開設(shè)軸向吸氣孔口的同時(shí)，還將機(jī)體

53、沿軸向挖空作為徑向吸氣孔口。本設(shè)計(jì)采用混合吸氣孔口，即在純軸向吸氣孔口的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步將機(jī)殼應(yīng)上該開徑向吸氣孔口的位置挖10mm。8.2 排氣孔口.軸向排氣孔口（1） 排氣開始角對(duì)所要求的內(nèi)容積比，必有一個(gè)對(duì)應(yīng)的排氣孔口。陽(yáng)轉(zhuǎn)子排氣角a1d為：相應(yīng)的陰轉(zhuǎn)子排氣角度，可根據(jù)陰、陽(yáng)轉(zhuǎn)子齒間容積同時(shí)排氣的原則由下式計(jì)算：（125）（2）排氣結(jié)束角 為了防止處于排氣壓力的氣體流回處于吸氣壓力的齒間容積，排氣孔口應(yīng)處于嚙合線范圍之內(nèi)。另外，為了使齒間容積內(nèi)的氣體能夠被完全排出，排氣孔口又應(yīng)盡量靠近兩轉(zhuǎn)子的中心連線。為了降低噪聲，減少氣體流動(dòng)損失，以及考慮到制造工藝上的方便，將端面排氣孔口嚙合線頂點(diǎn)處的尖

54、點(diǎn)削平。取適中的水平段長(zhǎng)度，以減少氣體泄漏。圖9 軸向排氣孔口的位置和形狀如圖9所示，軸向排氣孔口型線為1-2-3-4-5-6-7-8-1。需要指出的是，圖中曲線段6-7，1-2分別取陰.陽(yáng)轉(zhuǎn)子齒間容積前方齒的背段型線，曲線段3-4-5應(yīng)取型線的高壓側(cè)嚙合線形狀，曲線段5-6，2-3分別為陰陽(yáng)轉(zhuǎn)子型線的齒根圓周，但通常將機(jī)體的這一部分挖空。. 徑向排氣孔口為了降低排氣流速，在開設(shè)軸向排氣孔口的同時(shí)，還將機(jī)體沿軸向挖空作為徑向排氣孔口，其挖切方法與徑向吸氣孔口類同。本設(shè)計(jì)采用混合排氣孔口，以得到最大的通流面積，從而使壓力損失達(dá)到最小，而且在排氣的情況下，氣體隨轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)受到的離心力對(duì)氣體排向徑向排氣孔口是有利的。圖10 徑向排氣孔口的位置與形狀為了降低排氣流速，在開設(shè)軸向排氣孔口的同時(shí)，還將機(jī)體沿軸向挖空作為徑向排氣孔口，其挖空的方法與徑向吸氣孔口相同。如圖10所示，徑向排氣孔口的形狀為.應(yīng)該指出的是，分別為排出端面上由點(diǎn)A、B所引出的陰，陽(yáng)轉(zhuǎn)子的外圈螺旋線。9主