一种相交轴锥形双螺杆转子型线设计方法、转子及设备技术

一种相交轴锥形双螺杆转子型线设计方法、转子及设备，转子型线设计方法包括建立锥形转子的空间外啮合模型；在球心为O，半径不同的一系列球面上，给定转子1形成锥形所需要的型线族；根据空间啮合理论，求出给定型线族的共轭曲线族作为转子2形成锥形所需要的型线族；求出两个转子形成锥形螺杆转子各自所需要的圆锥螺旋线；将两个转子的型线族沿着各自的圆锥螺旋线扫描得到各自的转子曲面。相比于现有的平行轴锥形转子，本发明专利技术生成的相交轴锥形转子的锥度更大，可以实现转子间的齿间面积沿着轴向大幅度下降，从而使双螺杆转子的接触线和泄露三角形大幅度下降，理论上可以有效的减少双螺杆机械的泄露，同时锥形结构还可以改善转子的受力情况。的受力情况。的受力情况。

【技术实现步骤摘要】
一种相交轴锥形双螺杆转子型线设计方法、转子及设备


[0001]本专利技术属于机械工程设计
，具体涉及一种相交轴锥形双螺杆转子型线设计方法、转子及设备。

技术介绍

[0002]双螺杆转子由于高效可靠等优点，已被应用在双螺杆压缩机、扭叶罗茨机、双螺杆真空泵，螺杆泵等双螺杆机械领域。但是，这种结构也带来了间隙泄漏和转子受力不平衡等问题，以及由此产生的能量损失、噪声、轴承磨损和转子变形等问题。双螺杆机械的性能从根本上取决于一对转子的结构。因此，双螺杆转子结构的优化得到了广泛的研究。
[0003]近年来，双螺杆转子的内压缩技术由于其高流量和低能耗的优点被广泛使用。在双螺杆转子可变几何的研究中，变螺距转子首先被提出来。然而，由于排气端的薄齿和深槽，变螺距转子在排气端会存在较大的热变形和较差的密封性等问题，这对双螺杆机械的可靠性以及热力性能是不利的。锥形转子由于其直径沿着轴向变化的特点可以解决这一问题，锥形转子最大的优点就是其齿间面积会沿着轴向缩小，由此会带来接触线和泄露三角形的减小，从而减少泄露，因此锥形转子相比于变螺距转子具有更大的潜力。然而，目前对锥形转子的研究大都停留在平行轴传动领域，转子无法实现较大的锥度，且转子的截面形状会沿着轴向发生变形，这些问题限制了锥形转子的潜力。因此，相交轴传动的锥形转子被提出来，此时两个转子之间的关系属于空间啮合范畴，转子曲面的生成更为复杂，但目前还没有相关的公开文献。因此研究相交轴锥形双螺杆转子的生成方法是很有必要的，如何提高相交轴锥形转子的锥度，以及降低双螺杆转子的接触线和泄露三角形，从而有效减少泄露亟待研究。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种相交轴锥形双螺杆转子型线设计方法、转子及设备，能够使双螺杆转子的接触线和泄露三角形大幅度下降。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术有如下的技术方案：
[0006]一种相交轴锥形双螺杆转子型线设计方法，包括以下步骤：
[0007]步骤一、建立锥形转子的空间外啮合模型；
[0008]所述锥形转子的空间外啮合模型如下：OZ1是转子1的转轴，OZ2是转子2的转轴，OZ1与OZ2相交于点O并且夹角为θ，转子的啮合关系由两个圆锥面来表示，两个圆锥面相切地做纯滚动运动并且它们的接触线始终为OL，OL为顺时回转轴线；
[0009]步骤二、在球心为O，半径不同的一系列球面上，给定转子1形成锥形所需要的型线族；
[0010]步骤三、根据空间啮合理论，求出给定型线族的共轭曲线族作为转子2形成锥形所需要的型线族；
[0011]步骤四、求出两个转子形成锥形螺杆转子各自所需要的圆锥螺旋线；
[0012]步骤五、将两个转子的型线族沿着各自的圆锥螺旋线扫描得到各自的转子曲面。
[0013]一种相交轴锥形双螺杆转子，包括空间啮合的转子1和转子2；
[0014]所述转子1和转子2的参数满足如下关系式：
[0015][0016]式中，δ1为转子1上圆锥的锥角，δ2为转子2上圆锥的锥角；r1为转子1任意截面上的节圆半径，r2为转子2任意截面上的节圆半径；rs1为转子1的初始节圆半径，rs2为转子2的初始节圆半径；Φ1为转子1的旋转角度，Φ2为转子2的旋转角度；m1为转子1的齿数，m2为转子2的齿数；i
12
为转子1与转子2之间的传动比。
[0017]更进一步的，所述转子1和转子2的坐标系之间还满足如下关系式：
[0018]Ox1y1z1为固结在转子1上的动坐标系，Ox2y2z2为固结在转子2上的动坐标系；
[0019]OX1Y1Z1为转子1的静坐标系，OX2Y2Z2为转子2的静坐标系；
[0020]OX1Y1Z1到OX2Y2Z2的转换矩阵M
nm
满足：
[0021][0022]Ox1y1z1到OX1Y1Z1的转换矩阵M
m1
满足：
[0023][0024]OX2Y2Z2到Ox2y2z2的转换矩阵M
2n
满足：
[0025][0026]其中，Φ＝Φ1，Φ2＝
±
i
12
Φ；正号代表内啮合，负号代表外啮合。
[0027]作为本专利技术相交轴锥形双螺杆转子的一种优选方案，所述转子1的型线族表示为l1(R，t)，转子1的型线族在动坐标系Ox1y1z1中的表达式为：
[0028][0029]其中，t为任意球面上的型线参数，R为转子型线所在球面的球面半径；
[0030]l1(R，t)在动坐标系Ox1y1z1中的法向量为：
[0031][0032]l1(R，t)在动坐标系Ox2y2z2中的曲线族为：
[0033][0034]l1(R，t)的共轭曲线在动坐标系Ox2y2z2中由如下表达式确定：
[0035][0036]其中f＝0为啮合方程，转子1和转子2在它们的啮合点M处有相同的法线且公法线通过瞬时回转轴线OL，假设公法线与OL的交点为P，P点在动坐标系Ox1y1z1中的相对坐标为：
[0037][0038]啮合方程符合如下关系式：
[0039][0040]其中u为P点在OL上的位置参数，通过求解啮合方程解出Φ，得到转子2的型线族l2(R，t)；转子2的型线族l2(R，t)在动坐标系Ox2y2z2中的表达式为：
[0041][0042]作为本专利技术相交轴锥形双螺杆转子的一种优选方案，在圆锥螺旋线中，转子1的螺旋角为螺距为T1；转子2的螺旋角为螺距为T2；满足以下表达式：
[0043][0044]球面半径R满足以下关系：
[0045][0046]转子1的螺旋线H1的方程为：
[0047][0048]转子2的螺旋线H2的方程为：
[0049][0050]其中，M
h1
为转子1的螺旋变换矩阵，计算表达式如下：
[0051][0052]M
h2
为转子2的螺旋变换矩阵，计算表达式如下：
[0053][0054]作为本专利技术相交轴锥形双螺杆转子的一种优选方案，所述转子1和转子2的曲面由球面型线族沿着圆锥螺旋线扫描而成；
[0055]转子1的曲面Σ1的方程为：
[0056][0057]转子2的曲面Σ2的方程为：
[0058][0059]作为本专利技术相交轴锥形双螺杆转子的一种优选方案，所述转子1和转子2在求解过程中的独立变量包括转子1的齿数m1，转子2的齿数m2，两转子转轴的夹角θ，转子1的螺距T1和螺旋角两转子转轴的夹角θ决定相交轴锥形双螺杆转子的锥度大小。
[0060]一种双螺杆机械设备，转子采用本专利技术所述的相交轴锥形双螺杆转子。
[0061]所述双螺杆机械设备包括双螺杆压缩机、螺杆泵、扭叶罗茨鼓风机以及双螺杆真空泵。
[0062]相较于现有技术，本专利技术至少具有如下的有益效果：
[0063]本专利技术可以生成在双螺杆机械中被视为具有极大本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种相交轴锥形双螺杆转子型线设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、建立锥形转子的空间外啮合模型；所述锥形转子的空间外啮合模型如下：OZ1是转子1的转轴，OZ2是转子2的转轴，OZ1与OZ2相交于点O并且夹角为θ，转子的啮合关系由两个圆锥面来表示，两个圆锥面相切地做纯滚动运动并且它们的接触线始终为OL，OL为顺时回转轴线；步骤二、在球心为O，半径不同的一系列球面上，给定转子1形成锥形所需要的型线族；步骤三、根据空间啮合理论，求出给定型线族的共轭曲线族作为转子2形成锥形所需要的型线族；步骤四、求出两个转子形成锥形螺杆转子各自所需要的圆锥螺旋线；步骤五、将两个转子的型线族沿着各自的圆锥螺旋线扫描得到各自的转子曲面。2.一种相交轴锥形双螺杆转子，其特征在于：包括空间啮合的转子1和转子2，转子1和转子2的参数满足如下关系式：式中，δ1为转子1上圆锥的锥角，δ2为转子2上圆锥的锥角；r1为转子1任意截面上的节圆半径，r2为转子2任意截面上的节圆半径；rs1为转子1的初始节圆半径，rs2为转子2的初始节圆半径；Φ1为转子1的旋转角度，Φ2为转子2的旋转角度；m1为转子1的齿数，m2为转子2的齿数；i
12
为转子1与转子2之间的传动比。3.根据权利要求2所述的相交轴锥形双螺杆转子，其特征在于，所述转子1和转子2的坐标系之间还满足如下关系式：Ox1y1z1为固结在转子1上的动坐标系，Ox2y2z2为固结在转子2上的动坐标系；OX1Y1Z1为转子1的静坐标系，OX2Y2Z2为转子2的静坐标系；OX1Y1Z1到OX2Y2Z2的转换矩阵M
nm
满足：Ox1y1z1到OX1Y1Z1的转换矩阵M
m1
满足：OX2Y2Z2到Ox2y2z2的转换矩阵M
2n
满足：其中，Φ＝Φ1，Φ2＝
±
i
12
Φ；正号代表内啮合，负号代表外啮合。
4.根据权利要求3所述的相交轴锥形双螺杆转子，...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡汪锋，何志龙，李丹童，王潇，邢子文，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：