ЗУБЧАТОЕ ЗАЦЕПЛЕНИЕ ВИНТОВОЙ МАШИНЫ Российский патент 1999 года по МПК F01C1/16 F04C18/16 

Изобретение относится к винтовым компрессорным и расширительным машинам, а именно к профилированию винтовых роторов (винтов).

Известно зубчатое зацепление винтовой машины, содержащее ведущий и ведомый роторы, каждый из которых имеет профиль зуба, асимметричный относительно прямой, проходящей через вершину зуба и центр вращения винта, например, асимметричный профиль СКБ-К [1], [2].

Профиль зуба ведущего винта представляет собой двухсторонний профиль. Задняя часть зуба представляет собой дугу окружности, центр которой лежит внутри начальной окружности винта. Передняя часть зуба представляет собой эпициклоиду, образованную точкой начальной окружности ведущего винта.

Профиль зуба ведомого винта также представляет собой двухсторонний профиль. Задняя часть профиля зуба представляет собой участок, сопряженный с дугой окружности задней части профиля зуба ведущего винта. Передняя часть зуба представляет собой удлиненную эпициклоиду, образованную точкой наружной окружности винта при качении ее по начальной окружности ведомого винта.

Недостатком указанного профиля является то, что на стыках профиля с головкой и ножкой соответственно ведущего и ведомого винтов при расчете профиля фрезы, предназначенной для изготовления винта, образуются разрезы линии реза.

В практике расчетов и задания координат режущих кромок фрез указанные разрывы на профиле фрезы соединяют отрезки произвольной формы. В результате при нарезке винтов из-за отсутствия точных, аналитически рассчитанных координат вблизи точек стыка головок и ножек с профилем происходит искажение действующего профиля зубьев винтов, т.к. координаты реально полученных точек профиля вблизи стыков отличаются от заданных. В практике изготовление винтов описанное выше допущение, применимое для проектирования инструмента, приводит к увеличения реальных профильных боковых зазоров. Необходимо также отметить, что точки вблизи стыка головок и ножек с профилем образуют наиболее длинные участки "линий контакта" между винтами, по которым происходит перетечка рабочей среды из области повышенного давления в область с низким давлением и которые в значительной степени определяют энергетическое совершенство машины. Поэтому известное зацепление имеет пониженный КПД.

С целью предотвращения ухудшения КПД вследствие снижения герметичности профилей существует практика фрезерования профиля и головки ведомого винта (т. е. там, где искажение на стыке головки и профиля при фрезеровании одной фрезой наиболее существенно) раздельными фрезами, что весьма сложно технологически.

Задачей изобретения является предотвращение искажения профилей в процессе нарезки винтов, упрощение технологии изготовления путем использования для нарезки винта одной фрезы и повышение КПД.

Указанный технический результат достигается тем, что в зубчатом зацеплении винтовой машины с асимметричным двухсторонним профилем зубьев, контур зуба ведущего винта которого ограничен с передней стороны по эпициклоиде, образованной точкой начальной окружности ведомого винта при качении по начальной окружности ведущего вала, а с задней стороны - другой окружности, центр которой расположен внутри начальной окружности, а контур зуба ведомого винта очерчен с передней стороны по удлиненной эпициклоиде, образованной точкой наружной окружности ведущего винта при качении ее по начальной окружности ведомого винта, а с задней стороны - по контуру, сопряженному с другой окружной задней части профиля зуба ведущего винта, участки ножки зуба ведущего винта очерчены дугами окружностей, плавно сопрягающими профили ведущего винта с внутренним диаметром ведущего винта, а участки головки зуба ведомого винта очерчены дугами окружностей, плавно сопрягающими профили ведомого винта с наружным диаметром ведомого винта, величина радиусов которых выполнена у ведомого винта со стороны, очерченной по эпициклоиде, радиусом, равным 0,015 - 0,020 от наружного диаметра ведущего винта, у ведущего винта со стороны, очерченной дугой окружности, радиусом, равным 0,30 - 0,50 от наружного диаметра ведущего винта, у ведомого винта со стороны, очерченной по удлиненной эпициклоиде, радиусом, равным 0,010 - 0,015 от наружного диаметра ведущего винта, у ведомого типа со стороны, очерченной по профилю, сопряженному с окружной частью ведущего винта, радиусом, равным 0,020 - 0,040 наружного диаметра ведущего винта.

На фиг. 1 представлен профиль зуба ведущего винта; на фиг. 2 профиль зуба ведомого винта. На этих чертежах приняты следующие обозначения. D_e1 и D_e2 - наружные диаметры ведущего и ведомого винтов; d₁ и d₂ - начальные диаметры ведущего и ведомого винтов; D_i1 и D_i2 - внутренние диаметры ведущего и ведомого винтов; r₁, r₂, r₃, r₄ - радиусы дуг окружностей сопряжения профиля зуба с головкой зуба ведомого винта и ножки зуба ведущего винта; h₁ и h₂ - высоты ножки ведущего и головки ведомого винтов.

Профили зубьев ведущего и ведомого винтов, используемые в винтовых машинах, состоят из следующих участков.

Ведущий винт:
Передняя часть профиля зуба (участок A₁F₁) представляет собой эпициклоиду, образованную точкой F₂ начальной окружности ведомого винта диаметра d₂ = 0,96D_e1 при качении ее по начальной окружности ведущего винта d₁.

Задняя часть профиля зуба (участок A₁B₁) представляет собой окружности радиуса R = 0,22 D_e1, центр которой лежит внутри окружности диаметром d₁ = 0,64D_e1. Ножка зуба со стороны части профиля, очерченной по эпициклоиде (участок E₁F₁), представляет собой длину окружности, плавно сопрягающей профиль ведущего винта с окружностью впадин диаметром D_i1, выполненную по радиусу r₁ = (0,015 - 0,020)D_e1. Ножка зуба со стороны, очерченной по дуге окружности (участок B₁C₁), представляет собой дугу окружности, плавно сопрягающую профиль ведущего винта с окружностью впадин диаметра D_i1, выполненную по радиусу r₂ = (0,030 - 0,050)D_e1.

Ведомый винт:
Передняя часть профиля зуба (участок A₂F₂) представляет собой удлиненную эпициклоиду, образованную точкой A₁ наружной окружности ведущего винта диаметра D_e1 при качении ее по окружности ведущего винта диаметра d₂ = 0,96D_e1.

Задняя часть профиля зуба (участок A₂B₂) представляет собой участок профиля, сопряженный с дугой окружности задней части профиля зуба ведущего винта.

Головка со стороны части профиля зуба, очерченной по удлиненной эпициклоиде (участок E₂F₂), представляет собой дугу окружности, плавно сопрягающую профиль ведомого винта с окружностью выступов диаметра D_e2, выполненную по радиусу r₃ = (0,010 - 0,015)D_e1.

Головка зуба со стороны части профиля, очерченной по кривой, сопряженной с дугой окружности задней части ведущего винта (участок B₂C₂), представляет собой дугу окружности, плавно сопрягающую профиль ведомого винта с окружностью выступов диаметра D_e2, выполненную по радиусу r₄ = (0,020 ^oC 0,010) D_e1.

Термин "плавное сопряжение" использованный выше, предполагает, что на линии перехода от профиля зуба к ножке или к головке нет разрыва производной. Из этого определения вытекает правило нахождения центра окружности с радиусами r₁, r₂, r₃, r₄. Этот центр находится на пересечении, например, окружности с радиусом D_i1 + r₁ и линии p-q, которая проведена эквидистантно эпициклоиде A₁F₁ на расстоянии r₁ (фиг. 1).

При работе винтовой машины, например винтового расширителя, происходит сопряжение профилей ведущего и ведомого винтов с заданным технологическим зазором. Этот зазор для реально выполненной машины может отличаться от рассчитанного главным образом вследствие наличия разрыва линии резания в режущих кромках фрез.

Соотношение суммарных нормальных боковых зазора между профилями ведущего и ведомого винтов, полученных в процессе изготовления винтов, с известным асимметричным профилем СКБ-К и с предлагаемым представлено в таблице.

Из таблицы следует, что полученный суммарный боковой зазор между профилями в известном асимметричном профиле СКБ-К выше, чем заданный в проектно-конструкторской документации для его изготовления, в то время как в предлагаемом профиле полученный суммарный боковой зазор лежит в пределах заданного.

Источники информации
1. Амосов П.Е. и др. Винтовые компрессорные машины. Справочник, Л.: Машиностроение, 1977.

2. А.С N 1401158, МКИ F 04 C 18/16.

Зубчатое зацепление винтовой машины может быть использовано в винтовых компрессорных и расширительных машинах. В зубчатом зацеплении с асимметричным двусторонним профилем зубьев участки ножки зуба ведущего винта очерчены дугами окружностей, плавно сопрягающими профили ведущего винта с внутренним диаметром ведущего винта. Участки головки зуба ведомого винта очерчены дугами окружностей, плавно сопрягающими профили ведомого винта с наружным диаметром ведомого винта, величина радиусов которых выполнена у ведущего винта со стороны, очерченной по эпициклоиде, радиусом, равным 0,015 - 0,020 от наружного диаметра ведущего винта, у ведущего винта со стороны, очерченной дугой окружности радиусом, равным 0,030 - 0,050 от наружного диаметра ведущего винта. У ведомого винта со стороны, очерченной по удлиненной эпициклоиде, радиусом, равным 0,010 - 0,015 от наружного диаметра ведущего винта, у ведомого винта со стороны, очерченной по профилю, сопряженному с окружной частью ведущего винта, радиусом, равным 0,020 - 0,040 наружного диаметра ведущего винта. Предотвращается искажение профиля в процессе нарезки винтов, упрощается технология изготовления путем использования для нарезки винта одной фрезы и повышается КПД. 2 ил., 1 табл.

Зубчатое зацепление винтовой машины с асимметричным двусторонним профилем зубьев, контур зуба ведущего винта которого очерчен с передней стороны по эпициклоиде, образованной точкой начальной окружности ведомого винта при качении по начальной окружности ведущего винта, а с задней стороны, дугой окружности, центр которой расположен внутри начальной окружности, а контур зуба ведомого винта очерчен с передней стороны по удлиненной эпициклоиде, образованной точкой наружной окружности ведущего винта при качении ее по начальной окружности ведомого винта, а с задней стороны - по контуру, сопряженному с дугой окружности задней части профиля зуба ведущего винта, отличающееся тем, что участки ножки зуба ведущего винта очерчены дугами окружностей, плавно сопрягающими профили ведущего винта с внутренним диаметром ведущего винта, а участки головки зуба ведомого винта очерчены дугами окружностей, плавно сопрягающими профили ведомого винта с наружным диаметром ведомого винта, величина радиусов которых выполнена у ведущего винта со стороны, очерченной по эпициклоиде, радиусом, равным 0,015 - 0,020 от наружного диаметра ведущего винта, у ведущего винта со стороны, очерченной дугой окружности, радиусом, равным 0,030 - 0,050 от наружного диаметра ведущего винта, у ведомого винта со стороны, очерченной по удлиненной эпициклоиде, радиусом, равным 0,010 - 0,015 от наружного диаметра ведущего винта, у ведомого винта со стороны, очерченной по профилю, сопряженному с окружной частью ведущего винта, радиусом, равным 0,020 - 0,040 наружного диаметра ведущего винта.