一种高效螺旋压缩机(泵)的螺杆齿廓曲线及其加工刀具的制作方法
专利名称：一种高效螺旋压缩机(泵)的螺杆齿廓曲线及其加工刀具的制作方法
技术领域：
本发明是一种高效螺旋压缩机(泵)的螺杆(转子)齿廓曲线及其加工刀具设计。见附图-1(螺杆端面图形)和附图-2(螺旋角为3值时的螺杆螺旋副成型加工刀具前刀面图形)。实质内容是选用发明的齿廓曲线作为端面图形设计螺杆，并用发明的加工螺旋副成型刀具的设计方法制作刀具进行加工，使设计制造的螺杆之端面具有附图-1的图形。一对螺旋方向相反(左、右旋向)，其他参数完全相同的啮合螺杆(见附图-3)具有任选顶隙；无侧隙；啮合点(线)沿齿廓周向360°走动；工作平稳；无噪音；螺杆的齿洼面积和端面积的比值高(面积利用系数高)的重要特点。只要选择螺杆的轴向宽度≥L/2z(见附图-4及其说明)，螺杆(转子)无须同步齿轮或其他零件传动，便可在传动中达到对气体的压缩(液体的输送)之目的。
现有的工业技术设计制造的螺旋压缩机，由于阳、阴螺杆啮合时存在着较大的顶隙和侧隙，内泄漏仍较严重；螺杆制造精度不易保证，加工成本高；需要同步齿轮(或其他零件)传动，结构复杂。到目前为止我国公布的专利技术在此领域均无新的进展和改善。
本发明设计的目的在于发明设计一种齿廓曲线作为压缩机(泵)的螺杆齿廓曲线，并推导出一种准确的螺杆螺旋副成型加工刀具的设计方法，由此制造出的螺旋压缩机工作平稳；效率高；结构简单；噪音小；加工和装配精度容易保证；制造成本低。
本发明设计的特征在于整个齿廓曲线无间断点、无拐点(参见附图-1)。齿顶齿廓曲线 和齿根齿廓曲线 均为圆弧，齿廓中部曲线 和 为圆的渐开线；在齿顶、齿根和齿廓中部曲线的连接点(B、N、M、P、Q)处，两条连接弧线的坐标值相等(无间断点)且切线斜率相等(无拐点)。
本发明设计的特征在于端面齿廓曲线具有附图-3的一对啮合螺杆在传动中无干涉；齿廓间密封性好；且能保证传动比恒定不变。齿顶齿廓曲线圆弧半径和齿根齿廓曲线圆弧半径的公称尺寸相等；弧度相等；圆心均在分度圆上。齿廓中部曲线方程的参数|t|＝π/z；一对螺杆的齿廓曲线在任一啮合点的曲率半径之和恒等于齿顶圆弧半径与齿根圆弧半径之和，即|OM(t－t1)＋OMt1|＝r凸＋r凹本发明设计的特征在于按数学理论推导出切削螺杆螺旋副的成型刀具之设计方法(附图-2及其说明)，计算出的刀具几何尺寸准确，且易于编制线切割程序，按设计要求制造出合格的成型刀具。
本发明设计的特征在于端面图形具有附图-1所示的齿廓曲线之螺杆(转子)具有极高的面积利用系数，z＝3时，Cn3＝0.78536，z＝4时，Cn4＝0.691，代表当今世界螺旋压缩机行业最好水平的德国KASER公司的M50之螺杆面积利用系数Cn＝0.3458 (《压缩机技术》1994.1)。
本发明设计的特征在于结构简单，一对啮合的螺杆端面图形如附图-3所示，只要选取螺杆的轴向宽度≥L/2z，螺杆(转子)无须同步齿轮或其他零件传动，便可在传动中达到对气体的压缩(液体的输送)之目的。
本发明设计的特征可以根据需要任意选择螺杆齿头数z，z大螺杆轴刚性大，但其面积利用系数下降，附图-5是z＝4时螺杆端面图形。
本发明设计的实现，根据齿廓曲线方程(参考附图-1)及本发明提供的螺旋副加工成型刀具设计公式(附图-2及说明)，编译出数控线切割机床应用程序，制造出成型刀具。螺杆直径小且单件生产时可在车床上用旋转刀排装夹该成型刀具便可加工出合格的螺杆，大批量生产工艺可采用精密铸造，在专用机床上铣削或车削，抛光等工艺。附图-1说明附图-1是螺杆端面图形。R-螺杆分度圆柱面半径； -齿顶齿廓曲线圆弧；r凸-齿顶齿廓曲线圆弧半径； -齿根齿廓曲线圆弧；r凹-齿根齿廓圆弧半径； ；r凸和r凹公称尺寸相等。 和 -齿廓中部曲线，(圆的渐开线)。附图-2说明附图-2是螺杆分度圆柱面上的螺旋角为β时， 在VOH面上的曲线 (VOH面和yox面成β夹角)，亦是附图-1所示的螺旋副的成型加工刀具之主切削刃。 上任一点坐标求法Ri2=xi2+yi2]]>-1Cosβi=RtgλR2tg2λ+Ri2]]>(参见附图-4及说明)-2vi＝yiCosβi -3Ki2=xi2+vi2]]>-4Cosβki=RtgλR2tg2λ+ki2]]>(参见附图-4及说明)-5Hi=Ki2-vi2Cos2βki]]>-6附图-3说明附图-3是一对螺齿头数Z＝3的啮合螺杆端面图形。附图-4说明β—螺杆分度圆柱面上螺旋角；λ—螺杆分度圆柱面上螺旋升角λ，λ＝90°－β；L—螺杆分度圆柱面上螺旋线导程L＝2πRtgλ；βi—半径为Ri圆柱面上螺旋角；Cosβi=RtgλR2tg2λ+Ri2]]>附图-5说明附图-5是一对螺杆齿头数z＝4的啮合螺杆端面图形。
权利要求
1.螺杆或齿轮之齿廓是由圆弧和渐开线组合之曲线；且曲线无间断点、无拐点。
2.如权利要求1，包括螺杆或齿轮在任意截面上的齿廓曲线是由圆弧和渐开线组合之曲线。
3.螺杆或齿轮之齿顶齿廓曲线和齿根齿廓曲线之圆弧半径的公称尺寸相等、弧度相等、圆心均在分度圆上；螺杆或齿轮的齿廓中部曲线是圆的渐开线，其方程参数|t|＝π/z，且|OM(t－t1)－OMt1|＝γ凸＋γ凹。
4.螺杆螺旋副或斜齿轮之齿轮副加工刀具的设计方法及公式。
全文摘要
本发明是一种高效螺旋压缩机(泵)的螺杆(转子)齿廓曲线(下
图1)及其加工刀具设计，实质内容是选用发明的齿廓曲线设计螺杆，并用发明的加工螺旋副成型刀具的设计方法制作刀具进行加工，使设计制造出的螺杆端面具有附图-1所示图形齿顶齿廓曲线
文档编号F04C18/14GK1143165SQ9411322
公开日1997年2月19日 申请日期1994年12月26日 优先权日1994年12月26日
发明者陈启方 申请人:陈启方
技术领域：
本发明是一种高效螺旋压缩机(泵)的螺杆(转子)齿廓曲线及其加工刀具设计。见附图-1(螺杆端面图形)和附图-2(螺旋角为3值时的螺杆螺旋副成型加工刀具前刀面图形)。实质内容是选用发明的齿廓曲线作为端面图形设计螺杆，并用发明的加工螺旋副成型刀具的设计方法制作刀具进行加工，使设计制造的螺杆之端面具有附图-1的图形。一对螺旋方向相反(左、右旋向)，其他参数完全相同的啮合螺杆(见附图-3)具有任选顶隙；无侧隙；啮合点(线)沿齿廓周向360°走动；工作平稳；无噪音；螺杆的齿洼面积和端面积的比值高(面积利用系数高)的重要特点。只要选择螺杆的轴向宽度≥L/2z(见附图-4及其说明)，螺杆(转子)无须同步齿轮或其他零件传动，便可在传动中达到对气体的压缩(液体的输送)之目的。
现有的工业技术设计制造的螺旋压缩机，由于阳、阴螺杆啮合时存在着较大的顶隙和侧隙，内泄漏仍较严重；螺杆制造精度不易保证，加工成本高；需要同步齿轮(或其他零件)传动，结构复杂。到目前为止我国公布的专利技术在此领域均无新的进展和改善。
本发明设计的目的在于发明设计一种齿廓曲线作为压缩机(泵)的螺杆齿廓曲线，并推导出一种准确的螺杆螺旋副成型加工刀具的设计方法，由此制造出的螺旋压缩机工作平稳；效率高；结构简单；噪音小；加工和装配精度容易保证；制造成本低。
本发明设计的特征在于整个齿廓曲线无间断点、无拐点(参见附图-1)。齿顶齿廓曲线 和齿根齿廓曲线 均为圆弧，齿廓中部曲线 和 为圆的渐开线；在齿顶、齿根和齿廓中部曲线的连接点(B、N、M、P、Q)处，两条连接弧线的坐标值相等(无间断点)且切线斜率相等(无拐点)。
本发明设计的特征在于端面齿廓曲线具有附图-3的一对啮合螺杆在传动中无干涉；齿廓间密封性好；且能保证传动比恒定不变。齿顶齿廓曲线圆弧半径和齿根齿廓曲线圆弧半径的公称尺寸相等；弧度相等；圆心均在分度圆上。齿廓中部曲线方程的参数|t|＝π/z；一对螺杆的齿廓曲线在任一啮合点的曲率半径之和恒等于齿顶圆弧半径与齿根圆弧半径之和，即|OM(t－t1)＋OMt1|＝r凸＋r凹本发明设计的特征在于按数学理论推导出切削螺杆螺旋副的成型刀具之设计方法(附图-2及其说明)，计算出的刀具几何尺寸准确，且易于编制线切割程序，按设计要求制造出合格的成型刀具。
本发明设计的特征在于端面图形具有附图-1所示的齿廓曲线之螺杆(转子)具有极高的面积利用系数，z＝3时，Cn3＝0.78536，z＝4时，Cn4＝0.691，代表当今世界螺旋压缩机行业最好水平的德国KASER公司的M50之螺杆面积利用系数Cn＝0.3458 (《压缩机技术》1994.1)。
本发明设计的特征在于结构简单，一对啮合的螺杆端面图形如附图-3所示，只要选取螺杆的轴向宽度≥L/2z，螺杆(转子)无须同步齿轮或其他零件传动，便可在传动中达到对气体的压缩(液体的输送)之目的。
本发明设计的特征可以根据需要任意选择螺杆齿头数z，z大螺杆轴刚性大，但其面积利用系数下降，附图-5是z＝4时螺杆端面图形。
本发明设计的实现，根据齿廓曲线方程(参考附图-1)及本发明提供的螺旋副加工成型刀具设计公式(附图-2及说明)，编译出数控线切割机床应用程序，制造出成型刀具。螺杆直径小且单件生产时可在车床上用旋转刀排装夹该成型刀具便可加工出合格的螺杆，大批量生产工艺可采用精密铸造，在专用机床上铣削或车削，抛光等工艺。附图-1说明附图-1是螺杆端面图形。R-螺杆分度圆柱面半径； -齿顶齿廓曲线圆弧；r凸-齿顶齿廓曲线圆弧半径； -齿根齿廓曲线圆弧；r凹-齿根齿廓圆弧半径； ；r凸和r凹公称尺寸相等。 和 -齿廓中部曲线，(圆的渐开线)。附图-2说明附图-2是螺杆分度圆柱面上的螺旋角为β时， 在VOH面上的曲线 (VOH面和yox面成β夹角)，亦是附图-1所示的螺旋副的成型加工刀具之主切削刃。 上任一点坐标求法Ri2=xi2+yi2]]>-1Cosβi=RtgλR2tg2λ+Ri2]]>(参见附图-4及说明)-2vi＝yiCosβi -3Ki2=xi2+vi2]]>-4Cosβki=RtgλR2tg2λ+ki2]]>(参见附图-4及说明)-5Hi=Ki2-vi2Cos2βki]]>-6附图-3说明附图-3是一对螺齿头数Z＝3的啮合螺杆端面图形。附图-4说明β—螺杆分度圆柱面上螺旋角；λ—螺杆分度圆柱面上螺旋升角λ，λ＝90°－β；L—螺杆分度圆柱面上螺旋线导程L＝2πRtgλ；βi—半径为Ri圆柱面上螺旋角；Cosβi=RtgλR2tg2λ+Ri2]]>附图-5说明附图-5是一对螺杆齿头数z＝4的啮合螺杆端面图形。
权利要求
1.螺杆或齿轮之齿廓是由圆弧和渐开线组合之曲线；且曲线无间断点、无拐点。
2.如权利要求1，包括螺杆或齿轮在任意截面上的齿廓曲线是由圆弧和渐开线组合之曲线。
3.螺杆或齿轮之齿顶齿廓曲线和齿根齿廓曲线之圆弧半径的公称尺寸相等、弧度相等、圆心均在分度圆上；螺杆或齿轮的齿廓中部曲线是圆的渐开线，其方程参数|t|＝π/z，且|OM(t－t1)－OMt1|＝γ凸＋γ凹。
4.螺杆螺旋副或斜齿轮之齿轮副加工刀具的设计方法及公式。
全文摘要
本发明是一种高效螺旋压缩机(泵)的螺杆(转子)齿廓曲线(下
图1)及其加工刀具设计，实质内容是选用发明的齿廓曲线设计螺杆，并用发明的加工螺旋副成型刀具的设计方法制作刀具进行加工，使设计制造出的螺杆端面具有附图-1所示图形齿顶齿廓曲线
文档编号F04C18/14GK1143165SQ9411322
公开日1997年2月19日 申请日期1994年12月26日 优先权日1994年12月26日
发明者陈启方 申请人:陈启方
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