单、双螺杆喷油和水润滑压缩机的滚动与滑动摩擦问题探讨!
对于双螺杆压缩机和单螺杆压缩机的滚动与滑动摩擦问题,人们众说纷纭,有人说:双螺杆两转子之间是滚动摩擦,单螺杆压缩机转子与星轮之间是滑动摩擦……
为了正确的认识滑动与滚动摩擦,我们不妨分析两个物体的摩擦形态。两个物体的摩擦形态有三种:滚动摩擦、滑动摩擦和滚滑摩擦。
滚动摩擦是相对运动的摩擦偶件不断地变换接触点(例如球轴承)或接触线(例如滚柱轴承),而且其接触点的线速度相同,形成无滑动的滚动摩擦。
滑动摩擦是相对运动的摩擦偶件有一件不断的变换接触点(例如气缸);而另一件的接触点不变化(例如活塞上的某点),也就是说相对滑动的一摩擦偶件的接触点相对位置不变;而另一摩擦偶件的接触点在一直变化,形成滑动摩擦。滑动摩擦是物体沿着另一物体表面滑动时所产生的摩擦。
滚滑摩擦是指由于两个零件啮合而形成的摩擦。两个互相啮合的物体(例如齿轮、双螺杆、单螺杆与星轮),当啮合点位于节圆直径上时,瞬时线速度相等,此时摩擦是滚动摩擦;当啮合点偏离节圆直径时,一个零件的瞬时线速度增大,另一个零件的瞬时线速度减小,由于啮合点两零件瞬时线速度不同,形成了基于滚动摩擦附加滑动摩擦的滚滑动摩擦。由于啮合点的位置周期性的发生变化,这种滚滑动摩擦的数据会发生周期性的交替变化。
1.双螺杆压缩机
双螺杆压缩机两转子是定传动比啮合,一对啮合的螺杆其节圆直径是固定的,当接触点位于节圆直径时,两个转子接触点的线速度相同,此时两转子的运动是纯滚动。
当接触点离开节圆直径时,两个转子接触点的线速度就发生了变化,当阳转子与阴转子的接触点位于阴转子节圆一侧某一点时,其阴转子接触点的瞬时线速度小于阳转子接触点的线速度。此时阴转子的瞬时运动是滚动,而阳转子的瞬时运动是滚动+滑动。同样,当阳转子与阴转子的接触点位于阳转子节圆一侧某一点时,其阳转子接触点的瞬时线速度小于阴转子接触点的线速度,此时阳转子的瞬时运动是滚动,而阴转子的瞬时运动是滚动+滑动。
当一个转子啮合点在齿尖时,另一个转子的啮合点必然在齿根,位于齿尖此时转子滑动分量与滚动分量的比值最大,也就是滑动摩擦最大。
双螺杆压缩机的型线水平,不仅体现在泄漏三角形的大小,也体现在型线的流畅与否。流畅的型线不会产生干涉带,差的型线会产生干涉带,影响螺杆的性能和可靠性,这种干涉会增加螺杆的磨损。干涉带多发生在螺杆齿高的中部,在分解主机换轴承时,会发现螺杆的型面有宽度不同的干涉带。
齿高中部呈现干涉带原因在于,齿高中部是两螺杆节圆区域及附近区域,此处基本是纯滚动区域,没有和很少有滑动摩擦,基本没有磨损;离开这部分区域,开始有滑动摩擦,相对于上述区域会有磨损发生,出现干涉带减小趋势,因而出现齿高中部呈现干涉带的现象。
没有其它措施时,双螺杆压缩机在这种情况下会因滑动摩擦大而无法正常运转。
双螺杆压缩机的发明人就想办法克服这种滑动摩擦,发明出无油双螺杆压缩机和喷油双螺杆压缩机。
无油双螺杆压缩机的两转子并不接触,其相对位置是由同步齿轮保证的,不接触也就没有摩擦。
喷油双螺杆有大量的润滑油被喷入压缩气体介质,并被带入两转子表面,起到冷却、润滑、密封、降噪和净化的作用。喷油双螺杆压缩机没有同步齿轮,由阳转子直接带动阴转子旋转。喷油双螺杆压缩机必须喷油,失油的喷油双螺杆压缩机转子由于摩擦作用,很快就会由于焊接而粘牢发生“抱机”事故。
2.单螺杆压缩机
单螺杆压缩机的摩擦比较复杂,蜗杆和星轮的轴线互相垂直,不像双螺杆那样两转子轴线互相平行。单螺杆压缩机蜗杆与星轮是定传动比啮合,蜗杆与星轮的节圆直径是固定的,当接触点位于节圆直径时,蜗杆与星轮接触点的线速度相同,此时蜗杆与星轮运动是纯滚动。
当接触点离开节圆直径时,蜗杆与星轮接触点的线速度就发生了变化,位于节圆直径星轮侧某一点时,其蜗杆接触点的瞬时线速度大于星轮接触点的线速度。此时蜗杆的瞬时线速度大,而星轮的瞬时线速度小,呈现星轮的摩擦状态是滚动,而蜗杆的摩擦是滚动加滑动形态。
同样,当转子与星轮的接触点位于蜗杆节圆一侧某一点时,其蜗杆接触点的瞬时线速度则小于星轮接触点的瞬时线速度。此时蜗杆的瞬时运动是滚动,而星轮接触点的瞬时运动是滚动+滑动。
当蜗杆的啮合点在齿尖时,星轮的啮合点必然在齿根,此时蜗杆的滑动分量与滚动分量的比值最大,也就是滑动摩擦最大。