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單螺杆泵幾種型線的分析及工藝探討
時間：2012/3/12 來源：浙江香蕉视频网站江泵業有限公司
在牛頓流體、非牛頓流體和氣一（yī）液兩相流體輸送中，螺杆泵有其獨特的優勢。而應用廣泛的單、雙和三螺杆泵的結構、工作原理截然不同。從經（jīng）濟適用角度考慮，此三類螺杆泵都有其它泵不能取代的應用領域。單（dān）螺杆泵由於型線簡單、型麵（miàn）精度要求不（bú）高，可采用無屑加工的高效工藝，所以價格低，在其結構及適應性等方麵（miàn）也有諸多優點（diǎn），在非潤（rùn）滑介質、含固體（tǐ）介質和腐（fǔ）蝕性介質的輸送方麵（miàn）獨樹一（yī）幟。
目前，國內生產單螺杆泵的企業遠多於生產（chǎn）雙、三（sān）螺杆（gǎn）泵企業。單螺杆泵（bèng）中單（dān）頭單螺杆泵(即1／2型麵)占絕大多數，而國際（jì）上已逐步推廣先（xiān）進（jìn）的雙（shuāng）頭單螺杆泵(即2／3型麵)。本文分析了它們的優缺（quē）點並探討其工藝途徑和橫截麵型（xíng）線(各（gè）公式推導過程從略)，為新型線的推廣和應用提供（gòng）參考（kǎo）。
1 型線種類
1.1 常規型線(1／2型麵橫截麵型線如圖l例所示，簡稱（chēng）A型，是古老的型線，由法國工程師Myan0首先提出（chū）。轉子截形為圓。其直徑D=2 a，偏心距e，節距t，單頭。定子截形是兩半徑為（wéi）a，圓心相距4e的長圓。其（qí）參數:節距T=2t，雙頭。轉子運動軌跡是轉子截麵重心以（yǐ）e為半徑在2 e為半徑的圓內滾動r即所謂卡丹諾圓問鄹（zōu）的行星運動。轉子頭（tóu）數
與定子（zǐ）頭數之比為12。
1.2新型線(2/3型麵)
橫截（jié）麵如圖l（b）(c)所（suǒ）示，簡稱B型、C型，是近幾年國內外提（tí）出（chū）的新（xīn）型線。
B型轉子截形為半（bàn）徑a，圓心相距4 e的長圓，其直徑D=2 a，偏心距e，節距t，雙頭。C型轉子（zǐ）截形是類（lèi）橢圓，其直徑（jìng）D=2a，偏（piān）心距e，大半徑b=a+2e，節距t，雙頭。
定子截形（xíng）的形成（chéng）如圖I(d)圳所示。如前述卡丹諾圓運動，滾動半徑為1．5 e，以e為半徑的圓上一點運動（dòng）軌跡謂之骨（gǔ）線(圖2的三棱狀內擺線K)。轉子運動時（shí），其（qí）對稱軸線4 9問線段與骨線共軛，運動過程中轉子外廓的展成線即為定子型線。雖運動軌跡相同，由於轉子（zǐ）截形不同，所展成（chéng）的定子型線差異甚大，B型為三瓣花形（xíng）C型為類三角形。其（qí）節距丁=1．5 t，三頭。轉子頭數（shù）與定子頭數之比為23。
2 型線方程
A B型轉子型線（xiàn）方程相同i C型轉子型線方程為類橢圓（yuán）。
新型線定予（yǔ）方程與骨線（xiàn）相關。圖2中，滾圓上的A1點，當（dāng）圓（yuán）心轉過由角時運動（dòng）至赴點（diǎn），其骨線方程為式(I)。B型定（dìng）子廓形是以a為（wéi）半徑的骨線等距線(侶線)與以a為半徑的圓弧組成。侶線方程為式(2)。純（chún）圓弧段（duàn）是（shì）圓心（xīn）不在原點的圓方（fāng）程為式(3)。X0和Y0為骨線尖點坐（zuò）標（biāo）。C型定子型線方（fāng）程與B型類似，故略。
3各型麵優（yōu）缺點
(1) A型
優點:轉子和定子型線簡（jiǎn）單，生產曆史長，加工經驗豐富，有高效、經（jīng）濟的工藝方法。如轉子采用連續衝壓工藝製造空心螺杆（gǎn）廠(圖3)，不僅（jǐn）高效（xiào）、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（de）橡膠製品。然而在高（gāo）壓情況，因橡膠受壓變形（xíng），使介質回流，泵效率急劇下降，有的高壓泵效率僅l．0％左右。解決此問題，剛性套是一個有效途徑。因A型定子型線簡單（dān），使其剛性套的製造較容易（圖（tú）3）
缺點：由於轉子和定（dìng）子接觸麵的相對運動並非純滾動，尤其在定子兩直線段滑動速（sù）率較大（dà），易磨損。
2：2／3型
同參數情況下，2／3型較A型（xíng）流量大，因而同流量時體積（jī）較小。例如．．e=0．2cm，D亍1．75cm，理論流（liú）量Q（m/r）:
A型:Q=1．36 T
B型 Q=1.612T
C型 Q=1.6041T
同參數情況下，B型（xíng）理論流量較A型大2πe2值,C型流（liú）量略小於B型。
轉子是雙頭，因而其重心偏移率是A型的一（yī）半（bàn）。從而可允許較高的轉（zhuǎn）速，且噪聲較小。每轉的腔室由2x3代（dài）替1x2，使泵脈動降（jiàng）低較多。腔室的增（zēng）加也使滑（huá）動速率（lǜ）較大（dà）的區問瞬（shùn）時速度比A型低，由此可減少磨損，提高壽命。此外，新型麵密封性（xìng）強，可提高容積效率。
在新型線中，由於B型定子（zǐ）型線是由非連（lián）續方程（chéng）曲線展成，廓形（xíng）存在6個硬過渡（dù）點(，骨線侶線與尖點圓（yuán）弧過度處)，顯然對（duì）運轉壽命有所影響。然而C型定子廓形是由連續方程曲線展成，故無此現象（xiàng）。
綜合分析，目（mù）前我國宜推廣C型泵。據悉，C型（xíng）在一（yī）些國家已商品化，如（rú）德國阿爾維勒AG公司推出的AED係列等泵。
4 工藝（yì）探討．
A型轉子工藝較成熟，可采用成形車、靠模車、旋風銑、連續衝壓（yā）等方法。連續衝壓成型目前是（shì）A型轉子（zǐ）佳生（shēng）產（chǎn）方式之一。
國外采用多軸腔機床加工2／3型轉（zhuǎn）子，成本較高。國內已有單位（wèi）引進其加工機床，如WEIN-GARTNER公司的VARID型五軸數控銑床，可加工很多種類螺杆的精密型麵以及單螺杆泵的轉子、模芯和剛性（xìng）套。但單螺杆泵結構特（tè）點廠多（duō）為硬轉子、軟定動是屬於型麵複雜並非精密(相對雙、三螺杆泵而言)的產品，因（yīn）此如僅（jǐn）將其作為加工單螺杆泵的專用機床，則（zé）顯然（rán）功能過剩。況且該型中等規格設（shè）備，價位約1000萬元，也是值得考慮（lǜ）的問題。據作者經驗分析，樣機或小批生產用帶靠模裝置的普通機床即能完成,若大批生產，在現有A型轉子加工機床上安裝仿（fǎng）型銑頭（tóu），作者已完成結構設訓即可（kě）勝任。
A型橡膠定子模芯加工可（kě）采用車、銑、磨等多種方法，各廠（chǎng）對此已有豐富經驗。新型（xíng）線模芯（xīn）的工藝（yì）方法與A型類同。關鍵是（shì）要有正確的型線坐標信線性或非線性（xìng）收縮的補償匐。A型（xíng）剛性套的加工用普通萬（wàn）能機床即可,2／3型剛性套加（jiā）工則需極（jí）昂貴的設備。
5 CAD型線設計實例
本文用類（lèi）似三螺（luó）杆泵型線改進所用的軌跡法進行編程。該方法簡（jiǎn）單可（kě）靠，無需建立包絡方程，該程序已用於雙（shuāng）、三螺杆泵（bèng）的（de）型線設計。
程序為模塊化設計，將其以程序包納入刀具（jù）設計（jì）軟件後，不僅可計算單螺杆泵轉子、定子的端、軸、法截麵，還可計算轉（zhuǎn）子、定子模（mó）芯的成形車、銑、滾、磨等刀具型線以及該（gāi）刀具的鏟（chǎn）磨砂輪工藝參數。程序還（hái）具有各（gè）類橡膠模芯收縮量的（de）補償功能（néng），為單螺杆泵新舊型線的（de）研究和生產提供了方便。
表（biǎo）l為CAD計算實例。其計算參數為e=20、D=1 70。實用時，點的密度可任意設定。型線坐標值，轉子為l／4型線段;定子為1／6型線段。使用時將其對稱排列即全廓形。表中第3點是B型線的硬過渡點（diǎn）.
|
坐標點 |
B定子 |
C定子 |
C轉子 | |||
|
X |
y |
X |
Y |
X |
y | |
|
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11 |
52.500
60.000
66.876
75.000
85.000 95.000
105.000
115.000
125.000
135.000
145.000 |
90.933
87.157
84.721
83.666
81.240
77.460
72.111
64.807
54.772
40.000
0.000 |
52.500
60.000
66.876
75.000
85.000
95.000
105.000
115.000
125.000
135.000
145.000 |
90.933
86.651
82.807
78.397
73.109
68.002
62.821
56.209
47.332
34.469
0.000 |
85.000
84.574
83.283
81.085
77.904
73.612
68.000
60.702
51.000
37.050
0.000 |
0.000
12.500
25.000
37.500
50.000
62.500
75.000
87.500
100.000
112.500
125.000 |
(1)雙頭單螺杆泵性（xìng）能（néng）優越，在原單頭（tóu）單螺杆泵基礎上（shàng）改型簡便。
(2)例根據產品特點，幾乎原生產1／2型單螺（luó）杆泵（bèng）的企業轉型生產2／3型產品，工藝上不存在太大困難。
(3)本文CAD軟件能滿足（zú）不同條件的企業對2／3型單螺（luó）杆泵產品開發的（de）要求。
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