本發(fā)明涉及羅茨鼓風(fēng)機(jī)部件加工
技術(shù)領(lǐng)域：
，尤其涉及一種羅茨鼓風(fēng)機(jī)葉輪加工方法。
背景技術(shù)：
：羅茨鼓風(fēng)機(jī)是一種容積回轉(zhuǎn)鼓風(fēng)機(jī)，其工作原理是利用兩個(gè)葉輪在氣缸內(nèi)作相對(duì)運(yùn)動(dòng)來壓縮和輸送氣體，因此兩個(gè)葉輪在旋轉(zhuǎn)過程中的正常嚙合狀態(tài)是確保高效輸送氣體的前提。羅茨鼓風(fēng)機(jī)葉輪在氣體壓縮和輸送過程中溫度會(huì)升高，由于葉輪外輪廓線型復(fù)雜且厚度分布不均勻，導(dǎo)致葉輪產(chǎn)生不均勻熱變形，這種不均勻的熱變形使葉輪外輪廓線型變形致使葉輪在嚙合過程中各配合面間隙偏離正常狀態(tài)，因而可能產(chǎn)生局部干涉，加劇葉輪局部磨損，降低工作壽命，甚至咬死，使風(fēng)機(jī)無法正常運(yùn)行。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明所要解決的問題是，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種步驟簡(jiǎn)單、結(jié)果精準(zhǔn)、可最大程度減小熱變形量的羅茨鼓風(fēng)機(jī)葉輪加工方法。一種羅茨鼓風(fēng)機(jī)葉輪加工方法，其步驟包括：(a)：建立數(shù)個(gè)平衡孔結(jié)構(gòu)不同的羅茨鼓風(fēng)機(jī)葉輪三維模型，記為M1～Mn，對(duì)各羅茨鼓風(fēng)機(jī)葉輪三維模型進(jìn)行熱力學(xué)分析，得出各羅茨鼓風(fēng)機(jī)葉輪三維模型的熱變形量；(b)：由步驟(a)中的各羅茨鼓風(fēng)機(jī)葉輪三維模型的熱變形量，得出熱變形量最小的羅茨鼓風(fēng)機(jī)葉輪三維模型，記為M0；(c)：以步驟(b)中確定的熱變形量最小的羅茨鼓風(fēng)機(jī)葉輪三維模型M0為基礎(chǔ)，以0.5～2mm遞增更改其平衡孔尺寸，并對(duì)每次更改尺寸后的M0進(jìn)行熱力學(xué)分析；(d)：根據(jù)步驟(c)中熱力學(xué)分析得到的各熱變形量得到M0熱變形量最小時(shí)對(duì)應(yīng)的平衡孔尺寸；(e)：按照M0對(duì)應(yīng)的平衡孔結(jié)構(gòu)及步驟(d)得到的平衡孔尺寸制作加工羅茨鼓風(fēng)機(jī)葉輪。作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)：步驟(a)中所述的M1～Mn包括9個(gè)平衡孔結(jié)構(gòu)不同的羅茨鼓風(fēng)機(jī)葉輪三維模型，記為M1～M9，所述M1～M9均包括葉輪軸套和三只葉輪片，所述三只葉輪片相對(duì)于葉輪軸套的軸線周向?qū)ΨQ布置，所述葉輪片上設(shè)有所述平衡孔，所述平衡孔為軸對(duì)稱通孔。所述M1為S31型的羅茨鼓風(fēng)機(jī)葉輪三維模型，所述M2～M9與M1的不同之處在于平衡孔結(jié)構(gòu)；所述M2的平衡孔為兩端直徑大于中間直徑的變直徑圓柱形孔，且其母線為內(nèi)凸弧形；所述M3的平衡孔為從兩端至中間直徑依次增大的三階的階梯柱形孔；所述M4的平衡孔為兩端直徑小于中間直徑的變直徑圓柱形孔，且其母線為外凸弧形；所述M5的平衡孔為直圓柱孔；所述M6的平衡孔為由大直徑圓柱和小直徑圓柱順次堆疊的階梯柱形孔；M7的平衡孔為母線形狀為兩條外展弧形線相接的沙漏形變直徑圓柱形孔；M8的平衡孔為母線形狀為兩條內(nèi)展弧形線相接于直線兩端的鼓形變直徑圓柱形孔；M9的平衡孔為母線形狀為兩條內(nèi)凸弧形線相接的竹節(jié)形變直徑圓柱形孔。步驟(b)中所述熱變形量最小的羅茨鼓風(fēng)機(jī)葉輪三維模型為M6。步驟(c)中羅茨鼓風(fēng)機(jī)葉輪三維模型M0的直徑尺寸的變化范圍為40mm～50mm。步驟(d)中所述M0熱變形量最小時(shí)對(duì)應(yīng)的平衡孔尺寸為41mm。用ANSYS對(duì)所述羅茨鼓風(fēng)機(jī)葉輪三維模型施加約束邊界條件和載荷邊界條件，進(jìn)行熱力學(xué)分析。所述熱力學(xué)分析的約束邊界條件為：在羅茨鼓風(fēng)機(jī)葉輪軸套的裝配孔位置施加遠(yuǎn)端位移約束，以及羅茨鼓風(fēng)機(jī)葉輪兩端面設(shè)置位移約束，限制除繞裝配孔軸線轉(zhuǎn)動(dòng)外的所有自由度。所述熱力學(xué)分析的載荷邊界條件為：由參考溫度溫升至設(shè)定溫度并保持均勻穩(wěn)態(tài)的設(shè)定溫度的溫度場(chǎng)。所述由參考溫度溫升至設(shè)定溫度的溫升△T為50℃～60℃。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：本發(fā)明通過對(duì)羅茨鼓風(fēng)機(jī)葉輪預(yù)先建模與熱力學(xué)分析，得出各個(gè)不同平衡孔結(jié)構(gòu)的羅茨鼓風(fēng)機(jī)葉輪三維模型中熱變形量最小的羅茨鼓風(fēng)機(jī)葉輪三維模型，之后進(jìn)一步得出該羅茨鼓風(fēng)機(jī)葉輪三維模型的熱變形量最小時(shí)對(duì)應(yīng)的平衡孔尺寸，之后按照得出的結(jié)構(gòu)及尺寸加工制造羅茨鼓風(fēng)機(jī)葉輪，精準(zhǔn)控制后期使用時(shí)羅茨鼓風(fēng)機(jī)葉輪的熱變形量，使羅茨鼓風(fēng)機(jī)工作壽命延長(zhǎng)，工作效率提高，維修次數(shù)降低，節(jié)省了時(shí)間、人力與資源，并且為之后羅茨鼓風(fēng)機(jī)葉輪的改進(jìn)提供可靠的研究方向。附圖說明為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1是現(xiàn)有的羅茨鼓風(fēng)機(jī)葉輪的主視結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1中的A-A向剖視結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明的葉輪加工方法中第一種平衡孔結(jié)構(gòu)的葉片剖視圖；圖4是本發(fā)明的葉輪加工方法中第二種平衡孔結(jié)構(gòu)的葉片剖視圖；圖5是本發(fā)明的葉輪加工方法中第三種平衡孔結(jié)構(gòu)的葉片剖視圖；圖6是本發(fā)明的葉輪加工方法中第四種平衡孔結(jié)構(gòu)的葉片剖視圖；圖7是本發(fā)明的葉輪加工方法中第五種平衡孔結(jié)構(gòu)的葉片剖視圖；圖8是本發(fā)明的葉輪加工方法中第六種平衡孔結(jié)構(gòu)的葉片剖視圖；圖9是本發(fā)明的葉輪加工方法中第七種平衡孔結(jié)構(gòu)的葉片剖視圖；圖10是本發(fā)明的葉輪加工方法中第八種平衡孔結(jié)構(gòu)的葉片剖視圖；圖11是本發(fā)明的實(shí)施例中的熱變形量曲線圖。圖例說明：1、葉輪軸套；2、葉輪片。具體實(shí)施方式為了便于理解本發(fā)明，下文將結(jié)合說明書附圖和較佳的實(shí)施例對(duì)本文發(fā)明做更全面、細(xì)致地描述，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于以下具體實(shí)施例。實(shí)施例：就物體材料而言，熱脹冷縮是一種普遍現(xiàn)象，但具有一定結(jié)構(gòu)的物體，會(huì)受到結(jié)構(gòu)尺寸的影響，各處結(jié)構(gòu)熱脹冷縮的后的變形不一致，即由于形體相關(guān)尺寸制約，熱變形后形體尺寸可能增大，也可能縮小，還可能不受溫度影響而保持不變；如圓環(huán)形零件，其內(nèi)孔直徑的熱變形受外徑大小影響，當(dāng)內(nèi)外徑比值達(dá)到某一數(shù)值時(shí)，其內(nèi)徑可能縮小或保持不變，即存在“臨界尺寸”；而不同的內(nèi)孔結(jié)構(gòu)熱變形也不同，也會(huì)存在某種“臨界結(jié)構(gòu)”使物體整體受溫度影響最小。本實(shí)施例的羅茨鼓風(fēng)機(jī)葉輪加工方法基于以上原理只對(duì)預(yù)設(shè)的幾種結(jié)構(gòu)以及一定范圍內(nèi)的尺寸進(jìn)行了分析。現(xiàn)有技術(shù)中的羅茨鼓風(fēng)機(jī)葉輪的主視圖如圖1所示，其平衡孔的結(jié)構(gòu)，即其A-A向的剖視圖通常為如圖2所示的結(jié)構(gòu)，并且該平衡孔的尺寸為一標(biāo)準(zhǔn)值，按照該尺寸加工的羅茨鼓風(fēng)機(jī)葉輪熱變形量較大而且不可控制；本發(fā)明實(shí)施例中提出的葉輪加工方法通過建立三維模型，并更改三維模型中平衡孔的結(jié)構(gòu)和尺寸，對(duì)其進(jìn)行熱力學(xué)分析，從而可以制造出熱變形量可預(yù)測(cè)、可控制的羅茨鼓風(fēng)機(jī)葉輪。本實(shí)施例的羅茨鼓風(fēng)機(jī)葉輪加工方法，其步驟包括：(a)：建立如圖1所示的羅茨鼓風(fēng)機(jī)葉輪三維模型，包括葉輪軸套1和三只葉輪片2，三只葉輪片2相對(duì)于葉輪軸套1的軸線周向?qū)ΨQ布置，葉輪片2上設(shè)有平衡孔，將其平衡孔結(jié)構(gòu)依次設(shè)置為如圖2至圖10所示剖視圖中的結(jié)構(gòu)，并分別保存為M1～M9，對(duì)各羅茨鼓風(fēng)機(jī)葉輪三維模型進(jìn)行熱力學(xué)分析，得出各羅茨鼓風(fēng)機(jī)葉輪三維模型的熱變形量如表1所示；表1不同結(jié)構(gòu)平衡孔的葉輪三維模型熱變形量表其中，M1為S31型的羅茨鼓風(fēng)機(jī)葉輪三維模型，M2～M9與M1的不同之處在于平衡孔結(jié)構(gòu)；如圖3所示，M2的平衡孔為兩端直徑大于中間直徑的變直徑圓柱形孔，且其母線為內(nèi)凸弧形；如圖4所示，M3的平衡孔為從兩端至中間直徑依次增大的三階的階梯柱形孔；如圖5所示，M4的平衡孔為兩端直徑小于中間直徑的變直徑圓柱形孔，且其母線為外凸弧形；如圖6所示，M5的平衡孔為直圓柱孔；如圖7所示，M6的平衡孔為由大直徑圓柱和小直徑圓柱順次堆疊的階梯柱形孔；如圖8所示，M7的平衡孔為母線形狀為兩條外展弧形線相接的沙漏形變直徑圓柱形孔；如圖9所示，M8的平衡孔為母線形狀為兩條內(nèi)展弧形線相接于直線兩端的鼓形變直徑圓柱形孔；如圖10所示，M9的平衡孔為母線形狀為兩條內(nèi)凸弧形線相接的竹節(jié)形變直徑圓柱形孔。(b)：由表1所示中的各羅茨鼓風(fēng)機(jī)葉輪三維模型的熱變形量，得出熱變形量最小的羅茨鼓風(fēng)機(jī)葉輪三維模型為M6，并將M6記為M0；(c)：以步驟(b)中確定的熱變形量最小的羅茨鼓風(fēng)機(jī)葉輪三維模型M0為基礎(chǔ)，修改其平衡孔的直徑尺寸，大直徑圓柱孔在40mm～50mm的范圍內(nèi)，以0.5～2mm遞增更改其平衡孔尺寸，小直徑圓柱孔的范圍和遞增數(shù)值均為大直徑圓柱孔的1/4；對(duì)每次更改尺寸后的M0進(jìn)行熱力學(xué)分析，得到不同平衡孔尺寸的M0的熱變形量，如表2所示，并由表2得出熱變形量曲線如圖11所示；表2不同內(nèi)徑平衡孔的葉輪三維模型熱變形量表F(χ)熱變形(Max)/mmF(χ)熱變形(Min)/mm400…….50…..50………..15330…..(d)：根據(jù)表2得到M0熱變形量最小時(shí)對(duì)應(yīng)的平衡孔尺寸為：大直徑圓柱孔41mm，小直徑圓柱孔10.25mm；(e)：按照M0對(duì)應(yīng)的平衡孔結(jié)構(gòu)及步驟(d)得到的平衡孔尺寸制作加工羅茨鼓風(fēng)機(jī)葉輪。本實(shí)施例中的葉輪加工方法通過對(duì)羅茨鼓風(fēng)機(jī)葉輪預(yù)先建模與熱力學(xué)分析，得出各個(gè)不同結(jié)構(gòu)葉輪中熱變形量最小的羅茨鼓風(fēng)機(jī)葉輪的尺寸，之后按照得出尺寸加工制造，精準(zhǔn)控制后期使用時(shí)羅茨鼓風(fēng)機(jī)葉輪的熱變形量，使羅茨鼓風(fēng)機(jī)工作壽命延長(zhǎng)，工作效率提高，維修次數(shù)降低，節(jié)省了時(shí)間、人力與資源；并且根據(jù)對(duì)葉輪結(jié)構(gòu)改變帶來的熱變形量大小變換的研究，可以得出使用壽命更長(zhǎng)的葉輪結(jié)構(gòu)，為之后羅茨鼓風(fēng)機(jī)葉輪的改進(jìn)提供可靠的研究方向。由本實(shí)施例得到的熱變形量最小的羅茨鼓風(fēng)機(jī)葉輪，其平衡孔為大橫截面柱狀孔和小橫截面柱狀孔沿軸向交替堆疊的階梯柱形孔，這種變截面的平衡孔的結(jié)構(gòu)對(duì)葉輪片2原本不均勻的壁厚進(jìn)行了調(diào)節(jié)，使葉輪能夠產(chǎn)生均勻的熱變形，達(dá)到通過調(diào)節(jié)平衡孔的結(jié)構(gòu)控制葉輪片2的壁厚，進(jìn)而控制葉輪熱變形量的目的，確保葉輪在嚙合過程中各配合面間隙的正常狀態(tài)，防止產(chǎn)生局部干涉，減少葉輪局部磨損，延長(zhǎng)工作壽命。本實(shí)施中對(duì)各個(gè)羅茨鼓風(fēng)機(jī)葉輪三維模型的熱力學(xué)分析過程包括：(a1)：采用SolidWorks建立羅茨鼓風(fēng)機(jī)葉輪三維模型，用Workbench對(duì)羅茨鼓風(fēng)機(jī)葉輪三維模型手動(dòng)劃分至平均質(zhì)量等于0.8的網(wǎng)格；(b1)：在ANSYS內(nèi)設(shè)定羅茨鼓風(fēng)機(jī)葉輪三維模型的材料；(c1)：用ANSYS施加約束邊界條件：在羅茨鼓風(fēng)機(jī)葉輪軸套1的裝配孔位置施加遠(yuǎn)端位移約束以及羅茨鼓風(fēng)機(jī)葉輪兩端面設(shè)置位移約束，限制除繞裝配孔軸線轉(zhuǎn)動(dòng)外的所有自由度；用ANSYS施加載荷邊界條件：由參考溫度溫升至設(shè)定溫度并保持均勻穩(wěn)態(tài)的設(shè)定溫度的溫度場(chǎng)，所述參考溫度為0℃，所述由參考溫度溫升至設(shè)定溫度的溫升△T＝55℃；(d1)：建立羅茨鼓風(fēng)機(jī)葉輪三維模型的穩(wěn)態(tài)熱分析，得出最大熱變形量。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅局限于上述實(shí)施例。對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思前提下所得到的改進(jìn)和變換也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。當(dāng)前第1頁1 2 3 
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趙亞平;吹吸機(jī)設(shè)計(jì)分析研究[D];蘇州大學(xué);2012年
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羅茨鼓風(fēng)機(jī)葉輪加工技術(shù)研究現(xiàn)狀羅茨鼓風(fēng)機(jī)葉輪漸開線數(shù)控加工的等誤差逼近點(diǎn)計(jì)算方法中指出直線及阿基米德螺旋線逼近漸開線的兩種方法。節(jié)點(diǎn)計(jì)算過程簡(jiǎn)單，并且可以保證每隔程序段上的誤差相等。
目前對(duì)羅茨鼓風(fēng)機(jī)三葉漸開線葉輪數(shù)控刨削加工技術(shù)的研究居多。
1、羅茨鼓風(fēng)機(jī)葉輪漸開線數(shù)控加工的等誤差逼近點(diǎn)計(jì)算方法中指出直線及阿基米德螺旋線逼近漸開線的兩種方法。節(jié)點(diǎn)計(jì)算過程簡(jiǎn)單，并且可以保證每隔程序段上的誤差相等。
2、數(shù)控加工羅茨鼓風(fēng)機(jī)葉輪漸開線型面的坐標(biāo)計(jì)算中指出：找到一個(gè)以葉輪端面漸開線上任意點(diǎn)的嚙合角為變量的加工葉輪漸開線型面的刀具圓心方程式，根據(jù)該方程式可以比較方便地計(jì)算出加工葉輪漸開線型面的刀具圓心方程式，根據(jù)該方程式可以比較方便地計(jì)算出加工葉輪漸開線型面的的刀具圓心的各點(diǎn)坐標(biāo)。
3、數(shù)控刨床加工羅茨鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子的研究介紹了改造刨床所用數(shù)控系統(tǒng)的功能配置，以及對(duì)牛頭刨床和龍門刨床改造的方法；
4、羅茨風(fēng)機(jī)基于IPC的刨床CNC系統(tǒng)，小型龍門刨床數(shù)控改造的方法是將手動(dòng)調(diào)節(jié)刀架變成由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的數(shù)控刀架，Z軸步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制刀架在垂直方向的移動(dòng)，X軸步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制刀架在水平方向的移動(dòng)。
5、羅茨風(fēng)機(jī)凹面、凸面弧曲線和擺線組合三葉轉(zhuǎn)子的幾何特性和齒型特征。通過幾何分析，對(duì)該齒廓的加工進(jìn)行了研究，顯示除了刀具軌跡，確定了刀具和工件之間的接觸特性。通過識(shí)別刀具的距離與刀具的安裝角度，突出研究了控制加工齒廓的加工參數(shù)之間的關(guān)系。
羅茨鼓風(fēng)機(jī)葉輪加工技術(shù)研究現(xiàn)狀山東錦工重工機(jī)械有限公司專業(yè)生產(chǎn)制造各類羅茨風(fēng)機(jī)、羅茨真空泵、MVR蒸汽壓縮機(jī)、回轉(zhuǎn)風(fēng)機(jī)等設(shè)備，承接氣力輸送系統(tǒng)工程，生產(chǎn)旋轉(zhuǎn)供料器、倉(cāng)泵、料封泵、旋轉(zhuǎn)閥等各類氣力輸送設(shè)備，綜合以上所講如有遺漏或問題歡迎咨詢錦工客服或來電咨詢。
羅茨鼓風(fēng)機(jī)兩個(gè)葉輪相向轉(zhuǎn)動(dòng)，由于葉輪與葉輪、葉輪與機(jī)殼、葉輪與墻板之間的間隙極小，從而使進(jìn)氣口形成了真空狀態(tài)，空氣在大氣壓的作用下進(jìn)入進(jìn)氣腔，然后，每個(gè)葉輪的其中兩個(gè)葉片與墻板、機(jī)殼構(gòu)成了一個(gè)密封腔，進(jìn)氣腔的空氣在葉輪轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中，被兩個(gè)葉片所形成密封腔不斷地帶到排氣腔，又因?yàn)榕艢馇粌?nèi)的葉輪是相互嚙合的，從而把兩個(gè)葉片之間的空氣擠壓出來，這樣連續(xù)不停的運(yùn)轉(zhuǎn)，空氣就源源不斷地從進(jìn)氣口輸送到出氣口，這就是羅茨風(fēng)機(jī)的整個(gè)工作過程。
原標(biāo)題：羅茨鼓風(fēng)機(jī)詳細(xì)說明
原理
羅茨風(fēng)機(jī)是容積式風(fēng)機(jī)的一種，有兩個(gè)三葉葉輪（或二葉葉輪）在由機(jī)殼和墻板密封的空間中相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，每個(gè)葉輪都是采用漸開線，或是外擺線的包絡(luò)線為葉輪加工型線。葉輪在加工時(shí)采用數(shù)控設(shè)備，保證了兩個(gè)葉輪在中心距不變情況.下，不管兩個(gè)葉輪旋轉(zhuǎn)到什么位置,都能保持一定的極小間隙,保證氣體的泄露在允許范圍內(nèi)。
特性
由于采用了三葉轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)形式及合理的殼體內(nèi)進(jìn)出風(fēng)口處的結(jié)構(gòu)，所以風(fēng)機(jī)振動(dòng)小，噪 聲低。
葉輪和軸為整體結(jié)構(gòu)且葉輪無磨損，風(fēng)機(jī)性能持久不變，可以長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。
風(fēng)機(jī)容積利用率大，容積效率高，且結(jié)構(gòu)緊湊，安裝方式靈活多變。
軸承的選用較為合理，各軸承的使用壽命均勻，從而延長(zhǎng)了風(fēng)機(jī)的壽命！
風(fēng)機(jī)油封選用進(jìn)口氟橡膠材料，耐高溫，耐磨，使用壽命長(zhǎng)。
參數(shù)
公司生產(chǎn)的羅茨鼓風(fēng)機(jī): 風(fēng)機(jī)口徑：DN50–DN400，風(fēng)量：0.85–200m3/min, 電機(jī)功率： 0.75–350KW, 升壓：9.8KPa–98KPa
羅茨鼓風(fēng)機(jī)阿里巴巴 山東羅茨鼓風(fēng)機(jī)廠 羅茨鼓風(fēng)機(jī)構(gòu)造
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