專利名稱：螺旋流體機械的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種二軸型螺旋流體機械，特別是適于降低內(nèi)部泄漏而高性能化的二軸型螺旋流體機械。
背景技術(shù)：
一直以來，例如專利文獻(xiàn)1所述，已知的是，為了使凹形轉(zhuǎn)子及凸形轉(zhuǎn)子間的運轉(zhuǎn)中的間隙適當(dāng)，而在高溫的排出側(cè)端熱膨脹大，因此轉(zhuǎn)子形成為排出側(cè)端小于吸入側(cè)，運轉(zhuǎn)時轉(zhuǎn)子間的間隙大致相等。
另外，例如專利文獻(xiàn)2所述，已知的是，為了降低由于齒面分離造成齒碰撞而產(chǎn)生的噪音或振動，而在凹形轉(zhuǎn)子和凸形轉(zhuǎn)子上改變轉(zhuǎn)子的導(dǎo)程，在吸入側(cè)端面使凸形轉(zhuǎn)子和凹形轉(zhuǎn)子以前進(jìn)面?zhèn)冉佑|，在排出側(cè)端面使凸形轉(zhuǎn)子和凹形轉(zhuǎn)子以后退面?zhèn)冉佑|。
專利文獻(xiàn)1特開昭57-159989號公報專利文獻(xiàn)2特開平6-159271號公報所述現(xiàn)有技術(shù)中，與熱變形一致地形成轉(zhuǎn)子的排出側(cè)端，難以在端面附近的范圍確保加工精度，即，由于在轉(zhuǎn)子端部附近，工具(滾刀和砂輪等)開始嚙入，因此，由加工反力帶來的變形與其他部分不同，從而，加工誤差增大，需要更高精度的加工法。同樣，改變導(dǎo)程，則在工具切入側(cè)的端部附近導(dǎo)程誤差增大，或容易由于嚙合而引起接觸，為了防止這些情況，必須將轉(zhuǎn)子間的間隙設(shè)定得充分大，由此導(dǎo)致泄漏增加，作為流體機械的性能下降。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決所述現(xiàn)有技術(shù)的問題，防止轉(zhuǎn)子的相互接觸，并且較小地保持轉(zhuǎn)子間的間隙，維持高性能。另外，另一目的在于，在不特別使用高精度的加工方法或加工機械的情況下獲得高性能且高可靠性。
為了實現(xiàn)所述目的，本發(fā)明提供一種螺旋流體機械，其通過一對凹形轉(zhuǎn)子及凸形轉(zhuǎn)子嚙合旋轉(zhuǎn)，使構(gòu)成工作室的齒槽的容積擴大縮小，從外部向擴大中的所述工作室吸入氣體，且通過使所述工作室的容積向縮小轉(zhuǎn)變，將封入內(nèi)部的氣體壓縮到規(guī)定的壓力，其中，在所述凹形轉(zhuǎn)子及凸形轉(zhuǎn)子相互間形成的間隙的大小，從吸入側(cè)端面到規(guī)定范圍，大于其他范圍。
(發(fā)明效果)根據(jù)本發(fā)明，只是吸入側(cè)端附近的齒面減小厚度，因此，在減小厚度的范圍導(dǎo)程誤差擴大，防止轉(zhuǎn)子相互的直接接觸，且能夠在大部分范圍保持轉(zhuǎn)子間的間隙小。從而，能夠減少泄漏，維持高性能。


圖1是本發(fā)明的一實施方式的凹形轉(zhuǎn)子及凸形轉(zhuǎn)子的局部截面圖。
圖2是一實施方式的凹形轉(zhuǎn)子的側(cè)視圖。
圖3是表示一實施方式的轉(zhuǎn)子扭轉(zhuǎn)的示意圖。
圖4是表示一實施方式的轉(zhuǎn)子扭轉(zhuǎn)的示意圖。
圖5是一實施方式的免加油螺旋壓縮機主體的截面圖。
圖6是測定一實施方式的轉(zhuǎn)子的導(dǎo)程誤差的圖形。
圖7是表示一實施方式的凹形轉(zhuǎn)子及凸形轉(zhuǎn)子對的密封線的立體圖。
圖中1-凸形轉(zhuǎn)子，2-凹形轉(zhuǎn)子，3-殼體，4-工作室，7-凸形轉(zhuǎn)子齒面上的密封線，8-凹形轉(zhuǎn)子上的密封線，11-凸形轉(zhuǎn)子的前進(jìn)面，12-凸形轉(zhuǎn)子的后退面，13-凹形轉(zhuǎn)子的前進(jìn)面，14-凹形轉(zhuǎn)子的后退面。
具體實施例方式
參照圖1～圖6，對本發(fā)明的一實施方式進(jìn)行說明。
圖1表示凹形轉(zhuǎn)子及凸形轉(zhuǎn)子的截面的一部分，圖2是凹形轉(zhuǎn)子的側(cè)視圖。圖3及圖4是表示轉(zhuǎn)子扭轉(zhuǎn)的示意圖。圖5表示免加油螺旋壓縮機主體。圖6是測定轉(zhuǎn)子的導(dǎo)程誤差的結(jié)果。圖7是表示1個螺距量長度的凹形轉(zhuǎn)子及凸形轉(zhuǎn)子對和其齒面上的密封線。
螺旋流體機械作為壓縮機或膨脹機、真空泵而廣泛普及。具有螺旋狀齒的凹凸形轉(zhuǎn)子嚙合旋轉(zhuǎn)，從而，成為工作室的齒槽的容積擴大縮小。當(dāng)壓縮時，從外部向擴大中的工作室吸入氣體，接著以大致最大容積關(guān)閉的工作室的容積向縮小轉(zhuǎn)變，從而，將封入內(nèi)部的氣體壓縮到規(guī)定的壓力，其后，使工作室的一部分開口，向下游排出氣體。
凹凸形的兩個轉(zhuǎn)子在軸直角截面上具有稱為齒形的輪廓形狀，隨著沿軸向移動，使齒形與其移動距離呈比例地旋轉(zhuǎn)，成為包絡(luò)線的外面形成螺旋狀的齒面。在凹凸形轉(zhuǎn)子上螺旋方向相反，轉(zhuǎn)子相互嚙合。另外，齒形截面形狀有時也不完全均勻，以熱變形補償?shù)葹槟康亩谳S向上具有少量變化。
理論上，凹形轉(zhuǎn)子及凸形轉(zhuǎn)子的齒面，以與圖7所示的密封線7和8一致的方式進(jìn)行幾何性地線接觸，該線形成劃分工作室間的部分輪廓。但是，為了使旋轉(zhuǎn)順暢，而采用的設(shè)計是在實際的密封線上對相當(dāng)?shù)膮^(qū)域賦予微小間隙，使轉(zhuǎn)子相互不直接接觸。間隙的設(shè)定通過使齒相對理論上的齒形變窄等方法實現(xiàn)。從而，實際的工作室沒有成為完全封閉的空間，而是在密封線上存在微小間隙。
理想的間隙由于與應(yīng)劃分的高壓工作室和低壓工作室連通，造成內(nèi)部泄漏，從而在改善流體機械的性能方面上存在的問題是導(dǎo)致泄漏，因而不是優(yōu)選的。從而，轉(zhuǎn)子的齒面要盡可能高精度地加工，使該間隙為必要最小限。
另一方面，就螺旋轉(zhuǎn)子的加工精度而言，具有以下所述的傾向。將螺旋轉(zhuǎn)子的齒用切削或磨削等進(jìn)行機械加工時，工具沿著轉(zhuǎn)子的螺旋齒槽移動，同時削掉原材料的表面，而獲得目的形狀。從而，通常是從轉(zhuǎn)子一端面向另一端面依次加工。在加工中，伴隨由于對工具和原材料施加加工反力而產(chǎn)生的彈性變形和由于加工發(fā)熱而產(chǎn)生的熱變形，因而原材料和工具這二者與靜止時比較稍微變形。該變形成為加工誤差的原因，不過，若預(yù)先修正變形進(jìn)行加工則能夠減小對齒面精度的影響。
但是，在開始加工的轉(zhuǎn)子的端部附近，加工反力不穩(wěn)定，熱變形也與加工連續(xù)的部分不同，極難進(jìn)行變形修正。從而，轉(zhuǎn)子的端面附近的加工精度提高比其他部分難。
參照圖5，以免加油螺旋流體機械為代表說明空氣壓縮機的結(jié)構(gòu)。螺旋式真空泵或螺旋式膨脹機的基本結(jié)構(gòu)也大致同樣。
具有螺旋齒的凸形轉(zhuǎn)子1和凹形轉(zhuǎn)子2收納于殼體3中，相互嚙合旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子的齒槽被殼體3內(nèi)面和對方轉(zhuǎn)子閉塞，形成多個工作室。其中一個工作室4為圖2中影線所示部分的空間。
通過轉(zhuǎn)子對1、2的旋轉(zhuǎn)，工作室沿軸向移動的同時擴大縮小內(nèi)部容積。容積擴大中的工作室，與吸入口(圖5中由于在轉(zhuǎn)子的里側(cè)，因而未圖示)連通，從外部吸入大氣。在容積大致最大時關(guān)閉與吸入口的連通，隨著其后的容積縮小而將封入的空氣壓縮到規(guī)定壓力。工作室與排出口(圖5中由于在轉(zhuǎn)子的面前側(cè)，因而未圖示)連通，送出被壓縮的空氣。
凸形轉(zhuǎn)子1的軸一端露出到殼體3外部，從此處輸入旋轉(zhuǎn)動力。在凹形轉(zhuǎn)子2及凸形轉(zhuǎn)子1的軸上，固定有同步齒輪5、6，它們嚙合而從凸形轉(zhuǎn)子1向凹形轉(zhuǎn)子2傳遞旋轉(zhuǎn)動力。轉(zhuǎn)子對1、2的齒隙相對同步齒輪5、6的齒隙設(shè)定得較大以圍住它們，因而，凹形轉(zhuǎn)子2及凸形轉(zhuǎn)子1的齒面相互不直接接觸。
免加油螺旋壓縮機中，不像油冷式螺旋壓縮機那樣對轉(zhuǎn)子表面供油，因而，通常若金屬制的轉(zhuǎn)子表面相對速度大且相互接觸，則顯著損傷轉(zhuǎn)子齒面。為了防止其損傷，另外為了維持無接觸摩擦的順暢旋轉(zhuǎn)，而在轉(zhuǎn)子間的密封線上設(shè)置有微小間隙。
凹形轉(zhuǎn)子2及凸形轉(zhuǎn)子1不直接接觸，不過如圖7所示，具有嚙合時隔著10～100μm左右的微小間隙而接近的稱為密封線的區(qū)域。該密封線為劃分其兩側(cè)的工作室的邊界。從而，工作室不是被完全隔開的空間，在與鄰接的工作室等之間存在微小間隙。該間隙成為壓縮中的空氣向更低壓力的工作室內(nèi)泄漏的內(nèi)部泄漏流路，因而若過大則使壓縮機性能降低。反之，為了盡力避免轉(zhuǎn)子齒面間的接觸，需要將轉(zhuǎn)子間的間隙維持為在無接觸可能性的程度下可稱為最小的適當(dāng)值。
密封線上的間隙的影響越靠近轉(zhuǎn)子的排出側(cè)的端部附近越大。原因是，在吸入側(cè)端附近，隔著該間隙對峙的工作室的內(nèi)壓差小，內(nèi)部泄漏量比較少。與其相對，在排出側(cè)端附近，由于對峙的工作室內(nèi)壓分別為吸入壓力和排出壓力，因而差壓大，即使是相同間隙的大小，內(nèi)部泄漏也增多，對性能下降的影響增大。
為了使密封線上的間隙適當(dāng)，需要高精度加工齒面。通常，由于用切削和磨削等加工齒面，從而，加工所產(chǎn)生的反力作用于工具和轉(zhuǎn)子原材料(工件)而產(chǎn)生彈性變形。另外，也存在加工所產(chǎn)生的發(fā)熱，從而工具或轉(zhuǎn)子原材料引起熱變形。這些彈性變形和熱變形成為齒面精度下降的主要原因，而現(xiàn)狀是除了端部附近，剛性也比較高，大體上能夠修正到充分的精度。即，轉(zhuǎn)子的齒槽通常從一端向另一端依次進(jìn)行切削或磨削加工，在開始加工的一端，所述加工反力或熱變形不穩(wěn)定，修正非常困難。從而，在轉(zhuǎn)子一端部附近，與其他部分相比，難以提高精度，特別是多作為導(dǎo)程誤差而體現(xiàn)。
本例中，轉(zhuǎn)子的加工是使工具從吸入側(cè)向排出側(cè)前進(jìn)。從而，導(dǎo)程精度往往在吸入側(cè)端附近下降。為此，如圖2所示，在轉(zhuǎn)子全長的靠近吸入側(cè)端的范圍，減小凹形轉(zhuǎn)子及凸形轉(zhuǎn)子中任一個的齒面的厚度。減小厚度的范圍優(yōu)選相對轉(zhuǎn)子全長為1/10～1/4左右。另外，從工具和轉(zhuǎn)子原材料(工件)的接觸關(guān)系考慮，減小厚度的范圍不是嚴(yán)密地以軸直角截面進(jìn)行劃分，也可以如圖2所示在齒面位置的軸向的前后位置。
以圖1所示的齒形說明齒面上減小厚度的部分。凸形轉(zhuǎn)子的前進(jìn)面11、凸形轉(zhuǎn)子的后退面12、凹形轉(zhuǎn)子的前進(jìn)面13、凹形轉(zhuǎn)子的后退面14中的至少一個部位被減小厚度。就減小厚度的部分和減小厚度量而言，對應(yīng)于因轉(zhuǎn)子加工方法而不同的精度或?qū)С陶`差的傾向來進(jìn)行選擇。例如，減小凹形轉(zhuǎn)子的前進(jìn)面13和后退面14的厚度50～100μm左右。
減小厚度的方法，可以采用在與齒面正交的方向上一律減小厚度的方法、或加深加工工具的切入深度的方法，不過，如果在旋轉(zhuǎn)方向上減小厚度，則在導(dǎo)程誤差比齒形的形狀誤差大的情況下為好。即，在凹形轉(zhuǎn)子及凸形轉(zhuǎn)子中至少任一個中，前進(jìn)面及后退面中的至少之一，在規(guī)定范圍，向與其他范圍比較齒面變窄的方向修正齒面的分度角度。例如，當(dāng)加工凹形轉(zhuǎn)子的各齒槽時，位于圖2所示的靠近吸入側(cè)端的范圍的前進(jìn)面以在旋轉(zhuǎn)方向上超前一些的旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行加工，后退面以滯后一些的旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行加工。
若沿螺旋線對其進(jìn)行表示，則如圖3所示在靠近吸入側(cè)端的范圍，前進(jìn)面13a在旋轉(zhuǎn)方向上使角度相位超前，后退面14a在旋轉(zhuǎn)方向上使角度相位滯后?？拷雮?cè)端的范圍的減小厚度量不是一律相同，優(yōu)選如圖4所示那樣分布減小厚度量，以使吸入側(cè)端部最大，隨著靠近排出端而逐漸減小。
以上，由于工具開始切入轉(zhuǎn)子原材料而造成的彈性變形和熱變形的不穩(wěn)定性，致使導(dǎo)程誤差下降，不過，由于將其作為吸入側(cè)，在吸入側(cè)端和其附近的范圍，在旋轉(zhuǎn)方向上減小凹形轉(zhuǎn)子的齒面的厚度，因此，即使由于導(dǎo)程誤差而使凹凸形轉(zhuǎn)子中任一個或者二者的齒面有一些偏差，也不會存在造成接觸而損傷轉(zhuǎn)子齒面或者由于摩擦而阻礙旋轉(zhuǎn)之類的不良情況。另外，由于減小轉(zhuǎn)子齒面的厚度的范圍只是靠近吸入側(cè)端的范圍，因此，能夠?qū)⒂捎谵D(zhuǎn)子間的間隙增加而造成的性能下降抑制為最小限。從而，能夠?qū)崿F(xiàn)性能提高和維持高可靠性的螺旋壓縮機。
根據(jù)本例，不用改變凸形轉(zhuǎn)子的齒形，另外，凹形轉(zhuǎn)子的齒形改變也只是在旋轉(zhuǎn)方向上偏離稍許相位，因此，不需要制作新的工具，實施容易且能夠降低成本。
還有，關(guān)于在常溫下測定本例的凹形轉(zhuǎn)子的導(dǎo)程時的一例，用圖6進(jìn)行說明。
選取橫軸為轉(zhuǎn)子的軸向位置，縱軸為導(dǎo)程誤差，導(dǎo)程誤差以齒面寬的方向為上、以窄的方向為下，成為如圖6所示的圖形2那樣的傾向。與導(dǎo)程誤差相對設(shè)計值的誤差相比，凹形轉(zhuǎn)子及凸形轉(zhuǎn)子的差異更重要，因而不一定是誤差小就好。另外，當(dāng)轉(zhuǎn)子在相對吸入側(cè)成為高溫的排出側(cè)實施了預(yù)先微小地減小齒形厚度的熱變形補償時，導(dǎo)程誤差成為越向吸入側(cè)齒面越寬的向右升高的圖形。吸入側(cè)端附近的減小厚度，從轉(zhuǎn)子全長的導(dǎo)程誤差整體的傾向而言處于變窄的方向，因而在圖形上顯示出向下偏移。
權(quán)利要求
1.一種螺旋流體機械，其通過一對凹形轉(zhuǎn)子及凸形轉(zhuǎn)子嚙合旋轉(zhuǎn)，使構(gòu)成工作室的齒槽的容積擴大縮小，從外部向擴大中的所述工作室吸入氣體，且通過使所述工作室的容積向縮小轉(zhuǎn)變，將封入內(nèi)部的氣體壓縮到規(guī)定的壓力，所述螺旋流體機械的特征在于，在所述凹形轉(zhuǎn)子及凸形轉(zhuǎn)子相互間形成的間隙的大小，從吸入側(cè)端面到規(guī)定范圍，大于其他范圍。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺旋流體機械，其特征在于，在所述規(guī)定范圍減小所述凹形轉(zhuǎn)子及凸形轉(zhuǎn)子中至少任一個的齒面的厚度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺旋流體機械，其特征在于，所述凹形轉(zhuǎn)子及凸形轉(zhuǎn)子中至少任一個的齒面在所述規(guī)定范圍被減小厚度，該減小厚度的范圍是所述凹形轉(zhuǎn)子及凸形轉(zhuǎn)子的全長的1/10～1/4。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺旋流體機械，其特征在于，在所述凹形轉(zhuǎn)子及凸形轉(zhuǎn)子中至少任一個中，前進(jìn)面及后退面中的至少之一，在所述規(guī)定范圍，向比其他范圍窄的方向減小齒面。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺旋流體機械，其特征在于，在所述凹形轉(zhuǎn)子及凸形轉(zhuǎn)子中至少任一個中，前進(jìn)面及后退面中的至少之一，在所述規(guī)定范圍，向與其他范圍比較齒面變窄的方向修正齒面的分度角度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺旋流體機械，其特征在于，所述凹形轉(zhuǎn)子的各齒槽，在所述規(guī)定范圍，前進(jìn)面以在旋轉(zhuǎn)方向上超前的旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行加工，后退面以滯后的旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行加工。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺旋流體機械，其特征在于，所述凹形轉(zhuǎn)子及凸形轉(zhuǎn)子中至少任一個的齒面，在所述規(guī)定范圍，吸入側(cè)端部最大，且隨著靠近排出端而逐漸減小厚度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺旋流體機械，其特征在于，所述凹形轉(zhuǎn)子及凸形轉(zhuǎn)子中至少任一個的齒面通過使工具從吸入側(cè)向排出側(cè)前進(jìn)而進(jìn)行加工。
全文摘要
一種螺旋流體機械，其防止轉(zhuǎn)子的相互接觸，并且較小地保持轉(zhuǎn)子間的間隙，維持高性能。一種螺旋流體機械，其通過一對凹形轉(zhuǎn)子(2)及凸形轉(zhuǎn)子(1)嚙合旋轉(zhuǎn)，使構(gòu)成工作室(4)的齒槽的容積擴大縮小，從外部向擴大中的工作室(4)吸入氣體，且通過使工作室(4)的容積向縮小轉(zhuǎn)變，將封入內(nèi)部的氣體壓縮到規(guī)定的壓力，其中，在凹形轉(zhuǎn)子(2)及凸形轉(zhuǎn)子(1)相互間形成的間隙的大小，從吸入側(cè)端面到規(guī)定范圍，大于其他范圍。
文檔編號F04C18/16GK101046205SQ200710005859
公開日2007年10月3日 申請日期2007年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月28日
發(fā)明者龜谷裕敬, 松本一宏, 齋藤隆史 申請人:株式會社日立工業(yè)設(shè)備技術(shù)