单螺杆压缩机垂直啮合副制造技术研究

论文摘要

单螺杆压缩机是继活塞式和双螺杆式压缩机之后的第三代容积式气体压缩机,其相互垂直共轭的螺杆与星轮啮合副的制造技术是世界各制造企业的专有技术,目前主要被英国、日本、美国以及法国等的少数几家公司所垄断。在我国,单螺杆压缩机的理论研究与设计水平均达到了世界先进水平,但在加工工艺方面,国内某些关键加工技术水平与国外同类产品相比仍有一定的差距,因而长期以来还不能实现稳定生产。因此,进一步提高转子螺杆和星轮的制造技术及加工工艺方法是当前最为紧迫的问题。针对目前国内的研究现状,本论文从理论和实践两个方面对单螺杆压缩机特殊空间垂直啮合副的制造加工技术进行了深入研究,提出了一种新型的单螺杆压缩机垂直啮合副制造加工方法,完成了从铣削原理、空间包络、热塑性成形等基础理论研究,到数值仿真、试验加工等实际应用的研究工作。本文对单螺杆压缩机螺杆与星轮的啮合运动进行了系统分析,提出了在数控铣削加工中心上利用简单回转刀具棒铣刀空间包络铣削转子螺杆螺旋槽曲面的新技术新方法,设计、制造了实现该新型加工工艺的辅助数控装置,并试制了转子螺杆零件。文中建立了螺杆螺旋槽曲面的型面特征模型,分析了螺杆螺旋槽底面的成形过程,并对螺旋槽曲面进行了数值仿真。在转子螺杆复杂螺旋曲面一次包络铣削加工研究的基础上,运用啮合副运动啮合原理,利用星轮高分子材料自身的特性,本文提出了“运动啮合模”无切削模压成型星轮齿廓的新型制造工艺方法,利用自行设计制造的辅助成型装置,试制了与螺杆转子精确啮合的星轮样件。文中论述了“运动啮合模”新型工艺方法的成型原理及过程,分析了塑性材料的物理特性,通过试验确定了星轮模压成型的最佳成型条件。理论研究和实际试验应用表明,本文提出的单螺杆压缩机啮合副新型制造技术具有效率高、柔性好及成本低的特点,是单螺杆压缩机特殊空间垂直啮合副加工制造的一种有效并且可行的新型工艺方法,有利于实现批量生产。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 立项背景
• 1.2 螺杆压缩机简介
• 1.2.1 螺杆压缩机的分类
• 1.2.2 单螺杆压缩机的结构类型
• 1.2.3 单螺杆压缩机的工作原理
• 1.2.4 单螺杆压缩机的特点
• 1.3 压缩机啮合副加工技术国内外研究现状及发展动态
• 1.3.1 国外研究现状
• 1.3.2 国内研究现状
• 1.3.3 单螺杆压缩机啮合副加工技术的发展动态
• 1.4 螺旋曲面垂直啮合副制造包络加工方法的特点
• 1.5 本课题研究目的、意义和主要内容
• 1.5.1 研究目的和意义
• 1.5.2 主要研究内容
• 第二章 单螺杆压缩机垂直啮合副的制造包络铣削原理
• 2.1 单螺杆压缩机啮合副的型线
• 2.1.1 型线的种类及其加工方法
• 2.1.2 啮合副型线的基本要求
• 2.1.3 啮合副型线的确定
• 2.2 转子螺杆制造包络铣削原理
• 2.2.1 包络铣削加工的刀具
• 2.2.2 转子螺杆包络铣削过程分析
• 2.2.3 转子螺杆的包络铣削原理
• 2.3 星轮齿廓曲面的成形原理研究
• 2.3.1 传统的加工工艺方法
• 2.3.2 星轮齿廓型面的新型制造技术
• 2.4 本章小节
• 第三章 螺旋啮合副型面特征及数值仿真
• 3.1 螺旋啮合副坐标系的建立
• 3.2 转子螺杆螺旋槽曲面的型面特征模型
• 3.2.1 螺杆螺旋槽侧面
• 3.2.2 螺杆螺旋槽底面型面
• 3.3 螺杆螺旋槽曲面的型面特征截形
• 3.3.1 螺杆螺旋槽曲面的等X 截形
• 3.3.2 螺杆螺旋槽曲面的等Y 截形
• 3.3.3 螺杆螺旋槽曲面的等Z 截形
• 3.3.4 螺杆螺旋槽曲面的外圆柱包络曲线
• 3.4 星轮齿廓型面的理论方程
• 3.5 螺杆螺旋槽底面型面成形分析
• 3.5.1 刀具端面上接触情况分析
• 3.5.2 螺杆螺旋槽底面上接触情况分析
• 3.6 转子螺杆螺旋槽曲面的数值仿真
• 3.6.1 啮合副已知参数
• 3.6.2 转子螺杆螺旋槽曲面的数值仿真
• 3.7 本章小结
• 第四章 转子螺杆包络铣削加工的实现
• 4.1 转子螺杆包络铣削加工方案
• 4.2 数控包络铣削加工装置
• 4.3 转子螺杆的数控包络铣削加工
• 4.4 转子螺杆螺旋槽曲面的修形
• 4.5 加工实例
• 4.6 本章小节
• 第五章 星轮齿廓型面的“运动啮合模”新型加工工艺
• 5.1 星轮齿廓现有的加工方法
• 5.2 “运动啮合模”新型加工工艺
• 5.2.1 新型加工工艺方法
• 5.2.2 “运动啮合模”加工工艺原理
• 5.3 新型加工工艺的实现
• 5.4 星轮试件物理性能与几何形状分析
• 5.4.1 物理性能分析
• 5.4.2 星轮试件的几何形状
• 5.5 星轮成型加工试验
• 5.6 本章小节
• 第六章 结论与展望
• 6.1 论文的主要结论
• 6.2 论文的创新点
• 6.3 有待于进一步开展和完善的工作
• 参考文献
• 攻读博士期间发表论文和参加科研情况
• 致谢