一、單螺桿泵的優(yōu)點(diǎn):
單螺桿泵由于型線(xiàn)簡(jiǎn)單、型面精度要求不高,可采用無(wú)屑加工的高效工藝,所以?xún)r(jià)格低,在其結(jié)構(gòu)及適應(yīng)性等方面也有諸多優(yōu)點(diǎn),在非潤(rùn)滑介質(zhì)、含固體介質(zhì)和腐蝕性介質(zhì)的輸送方面獨(dú)樹(shù)一幟。目前,國(guó)內(nèi)生產(chǎn)單螺桿泵的企業(yè)遠(yuǎn)多于生產(chǎn)雙、三螺桿泵企業(yè)。單螺桿泵中單頭單螺桿泵(即1/2型面)占絕大多數(shù),而國(guó)際上已逐步推廣先進(jìn)的雙頭單螺桿泵(即2/3型面)。本文分析了它們的優(yōu)缺點(diǎn)并探討其工藝途徑和橫截面型線(xiàn)(各公式推導(dǎo)過(guò)程從略),為新型線(xiàn)的推廣和應(yīng)用提供參考。
二、單螺桿泵幾種型線(xiàn)的分析及工藝探討:
( 一)、單螺桿泵幾種型線(xiàn)的分析:
1、 型線(xiàn)種類(lèi):
1)、 常規(guī)型線(xiàn)(1/2型面橫截面型線(xiàn)如圖l例所示,簡(jiǎn)稱(chēng)A型,是最古老的型線(xiàn),由法國(guó)工程師Myan0首先提出。轉(zhuǎn)子截形為圓。其直徑D=2 a,偏心距e,節(jié)距t,單頭。定子截形是兩半徑為a,圓心相距4e的長(zhǎng)圓。其參數(shù):節(jié)距T=2t,雙頭。轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)軌跡是轉(zhuǎn)子截面重心以e為半徑在2 e為半徑的圓內(nèi)滾動(dòng)r即所謂卡丹諾圓問(wèn)鄹的行星運(yùn)動(dòng)。轉(zhuǎn)子頭數(shù)
與定子頭數(shù)之比為12。
2)、新型線(xiàn)(2/3型面)
橫截面如圖l(b)(c)所示,簡(jiǎn)稱(chēng)B型、C型,是近幾年國(guó)內(nèi)外提出的新型線(xiàn)。
B型轉(zhuǎn)子截形為半徑a,圓心相距4 e的長(zhǎng)圓,其直徑D=2 a,偏心距e,節(jié)距t,雙頭。C型轉(zhuǎn)子截形是類(lèi)橢圓,其直徑D=2a,偏心距e,最大半徑b=a+2e,節(jié)距t,雙頭。
定子截形的形成如圖I(d)圳所示。如前述卡丹諾圓運(yùn)動(dòng),滾動(dòng)半徑為1.5 e,以e為半徑的圓上一點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡謂之骨線(xiàn)(圖2的三棱狀內(nèi)擺線(xiàn)K)。轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)時(shí),其對(duì)稱(chēng)軸線(xiàn)4 9問(wèn)線(xiàn)段與骨線(xiàn)共軛,運(yùn)動(dòng)過(guò)程中轉(zhuǎn)子外廓的展成線(xiàn)即為定子型線(xiàn)。雖運(yùn)動(dòng)軌跡相同,由于轉(zhuǎn)子截形不同,所展成的定子型線(xiàn)差異甚大,B型為三瓣花形C型為類(lèi)三角形。其節(jié)距丁=1.5 t,三頭。轉(zhuǎn)子頭數(shù)與定子頭數(shù)之比為23。
2、型線(xiàn)方程:
A B型轉(zhuǎn)子型線(xiàn)方程相同i C型轉(zhuǎn)子型線(xiàn)方程為類(lèi)橢圓。
新型線(xiàn)定予方程與骨線(xiàn)相關(guān)。圖2中,滾圓上的A1點(diǎn),當(dāng)圓心轉(zhuǎn)過(guò)由角時(shí)運(yùn)動(dòng)至赴點(diǎn),其骨線(xiàn)方程為式(I)。B型定子廓形是以a為半徑的骨線(xiàn)等距線(xiàn)(侶線(xiàn))與以a為半徑的圓弧組成。侶線(xiàn)方程為式(2)。純圓弧段是圓心不在原點(diǎn)的圓方程為式(3)。X0和Y0為骨線(xiàn)尖點(diǎn)坐標(biāo)。C型定子型線(xiàn)方程與B型類(lèi)似,故略。
3、各型面優(yōu)缺點(diǎn)
1)、A型
優(yōu)點(diǎn):轉(zhuǎn)子和定子型線(xiàn)簡(jiǎn)單,生產(chǎn)歷史長(zhǎng),加工經(jīng)驗(yàn)豐富,有高效、經(jīng)濟(jì)的工藝方法。如轉(zhuǎn)子采用連續(xù)沖壓工藝制造空心螺桿廠(chǎng)(圖3),不僅高效、省材,而且可提高泵的效率和壽命。通常,定 子多采用模具加工的橡膠制品。然而在高壓情況,因橡膠受壓變形,使介質(zhì)回流,泵效率急劇下降,有的高壓泵效率僅l.0%左右。解決此問(wèn)題,剛性套是一個(gè)有效途徑。因A型定子型線(xiàn)簡(jiǎn)單,使其剛性套的制造較容易(圖3)#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#
缺點(diǎn):由于轉(zhuǎn)子和定子接觸面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)并非純滾動(dòng),尤其在定子兩直線(xiàn)段滑動(dòng)速率較大,易磨損。
2:2/3型
同參數(shù)情況下,2/3型較A型流量大,因而同流量時(shí)體積較小。例如..e=0.2cm,D亍1.75cm,理論流量Q(m/r):
A型:Q=1.36 T
B型 Q=1.612T
C型 Q=1.6041T
同參數(shù)情況下,B型理論流量較A型大2πe2值,C型流量略小于B型。
轉(zhuǎn)子是雙頭,因而其重心偏移率是A型的一半。從而可允許較高的轉(zhuǎn)速,且噪聲較小。每轉(zhuǎn)的腔室由2x3代替1x2,使泵脈動(dòng)降低較多。腔室的增加也使滑動(dòng)速率較大的區(qū)問(wèn)瞬時(shí)速度比A型低,由此可減少磨損,提高壽命。此外,新型面密封性強(qiáng),可提高容積效率。
在新型線(xiàn)中,由于B型定子型線(xiàn)是由非連續(xù)方程曲線(xiàn)展成,廓形存在6個(gè)硬過(guò)渡點(diǎn)(,骨線(xiàn)侶線(xiàn)與尖點(diǎn)圓弧過(guò)度處),顯然對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)壽命有所影響。然而C型定子廓形是由連續(xù)方程曲線(xiàn)展成,故無(wú)此現(xiàn)象。
綜合分析,目前我國(guó)宜推廣C型泵。據(jù)悉,C型在一些國(guó)家已商品化,如德國(guó)阿爾維勒AG公司推出的AED系列等泵。
(二)、工藝探討.
1、A型轉(zhuǎn)子工藝較成熟,可采用成形車(chē)、靠模車(chē)、旋風(fēng)銑、連續(xù)沖壓等方法。連續(xù)沖壓成型目前是A型轉(zhuǎn)子最佳生產(chǎn)方式之一。
2、國(guó)外采用多軸腔機(jī)床加工2/3型轉(zhuǎn)子,成本較高。國(guó)內(nèi)已有單位引進(jìn)其加工機(jī)床,如WEIN-GARTNER公司的VARID型五軸數(shù)控銑床,可加工很多種類(lèi)螺桿的精密型面以及單螺桿泵的轉(zhuǎn)子、模芯和剛性套。但單螺桿泵結(jié)構(gòu)特點(diǎn)廠(chǎng)多為硬轉(zhuǎn)子、軟定動(dòng)是屬于型面復(fù)雜并非精密(相對(duì)雙、三螺桿泵而言)的產(chǎn)品,因此如僅將其作為加工單螺桿泵的專(zhuān)用機(jī)床,則顯然功能過(guò)剩。況且該型中等規(guī)格設(shè)備,價(jià)位約1000萬(wàn)元,也是值得考慮的問(wèn)題。據(jù)作者經(jīng)驗(yàn)分析,樣機(jī)或小批生產(chǎn)用帶靠模裝置的普通機(jī)床即能完成,若大批生產(chǎn),在現(xiàn)有A型轉(zhuǎn)子加工機(jī)床上安裝仿型銑頭,作者已完成結(jié)構(gòu)設(shè)訓(xùn)即可勝任。
3、 A型橡膠定子模芯加工可采用車(chē)、銑、磨等多種方法,各廠(chǎng)對(duì)此已有豐富經(jīng)驗(yàn)。新型線(xiàn)模芯的工藝方法與A型類(lèi)同。關(guān)鍵是要有正確的型線(xiàn)坐標(biāo)信線(xiàn)性或非線(xiàn)性收縮的補(bǔ)償匐。A型剛性套的加工用普通萬(wàn)能機(jī)床即可,2/3型剛性套加工則需極昂貴的設(shè)備。
三、CAD型線(xiàn)設(shè)計(jì)實(shí)例:
1、本文用類(lèi)似三螺桿泵型線(xiàn)改進(jìn)所用的軌跡法進(jìn)行編程。該方法簡(jiǎn)單可靠,無(wú)需建立包絡(luò)方程,該程序已用于雙、三螺桿泵的型線(xiàn)設(shè)計(jì)。
2、 程序?yàn)槟K化設(shè)計(jì),將其以程序包納入刀具設(shè)計(jì)軟件后,不僅可計(jì)算單螺桿泵轉(zhuǎn)子、定子的端、軸、法截面,還可計(jì)算轉(zhuǎn)子、定子模芯的成形車(chē)、銑、滾、磨等刀具型線(xiàn)以及該刀具的鏟磨砂輪工藝參數(shù)。程序還具有各類(lèi)橡膠模芯收縮量的補(bǔ)償功能,為單螺桿泵新舊型線(xiàn)的研究和生產(chǎn)提供了方便。
3、 表l為CAD計(jì)算實(shí)例。其計(jì)算參數(shù)為e=20、D=1 70。實(shí)用時(shí),點(diǎn)的密度可任意設(shè)定。型線(xiàn)坐標(biāo)值,轉(zhuǎn)子為l/4型線(xiàn)段;定子為1/6型線(xiàn)段。使用時(shí)將其對(duì)稱(chēng)排列即全廓形。表中第3點(diǎn)是B型線(xiàn)的硬過(guò)渡點(diǎn)。
(1)雙頭單螺桿泵性能優(yōu)越,在原單頭單螺桿泵基礎(chǔ)上改型簡(jiǎn)便。
(2)例根據(jù)產(chǎn)品特點(diǎn),幾乎原生產(chǎn)1/2型單螺桿泵的企業(yè)轉(zhuǎn)型生產(chǎn)2/3型產(chǎn)品,工藝上不存在太大困難。
(3)本文CAD軟件能滿(mǎn)足不同條件的企業(yè)對(duì)2/3型單螺桿泵產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的要求。
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