單螺桿式壓縮機轉速較高，星輪齒片和轉子齒槽相對滑動速度大，因此必須選擇潤滑性 ，能良好的星輪齒形，減少星輪齒片的磨損，對提高機器的效率影響很大。
基本介紹
- 中文名：星輪齒形
- 外文名：Star wheel profile
- 領域：螺桿壓縮機
簡介,齒輪及齒形的發展,偶數齒數變齒距星輪的齒形設計,
簡介
星輪的齒形有：
(1)平面直齒形 星輪齒片與轉子齒槽僅在齒面平面上嚙合，理論上嚙合的接觸線是一條不變的直線。雖然在星輪齒面平面不同的截面上開有不同的導角，但由於齒片面與齒槽在嚙合過程中其后角在不斷地變化，不容易形成穩定的油膜，影響潤滑，較易磨損，在初磨後變成了一段曲面。但平面直齒形齒片的刀具設計和加工簡單。
(2)柱面齒形 星輪齒片採用圓柱面齒形，轉子齒槽面為柱面齒形的包絡曲面，其接觸線為一空間曲線。這種齒形在嚙合時易於形成油膜，有利於潤滑，因此，磨損小。另外，轉子齒槽可採用磨削，得到光整加工，使尺寸精度得到提高，表面粗糙度降低。
(3)平面直齒反包絡齒形 將平面直齒形的星輪所形成的轉子齒槽，反過來對具有一定厚度的星輪齒片進行包絡，形成反包絡星輪齒片齒面。顯然，星輪齒片齒面與轉子齒槽之間形成兩條接觸線'一條是原來的平面接觸線，另一條是反包絡齒面與轉子齒槽齒面的空間接觸線，這樣對基元容積內氣體形成雙道密封，並且在兩接觸線之間可以存儲潤滑油。此種齒形既有平面直齒形的優點，又具有良好的潤滑，使壓縮機效率得到提高。
齒輪及齒形的發展
最早的齒輪傳動裝置指南車大約在公元前 2006 年由中國發明的。該齒輪傳動裝置實質為齒輪差速器，所使用的材料為木料。公元前 330 年，古希臘哲學家Aristotle 論述了風車中的齒輪傳動裝置，是最早對齒輪傳動進行理論分析研究的學者。公元前 100 年，已經有金屬齒輪出現。在十八世紀末，出現了鑄鐵齒輪。另外，齒輪的齒形已經有三角形、梯形和圓形；有圓柱齒輪、齒條和蝸桿蝸輪以及圓錐齒輪原始形態的直角針輪。
1694 年，法國學者 Philip de la Hire 對外擺線齒廓進行了深入細緻的數學分析，並提出用漸開線作為齒輪的齒廓曲線。
1733年，法國學者Charles Camus發展了Philip de la Hire 的研究成果，為擺線齒輪傳動的發展做出了重要貢獻。
1765 年，瑞士學者 L. Euler 對漸開線齒形的理論研究做出了傑出的貢獻，他提出了漸開線齒形解析研究的數學基礎。
1832 年，英國學者 Robert Willis 對漸開線齒形的套用做出了重要貢獻：Willis提出漸開線齒形的壓力角取 14.5°，理由是 sin14.5° ≈0.25正好與擺線齒形的常用壓力角很接近；Willis 還考慮了漸開線理想齒全高、齒厚的問題，並且認為擺線齒形缺乏互換性，而漸開線齒形互換性好，指出一對齒輪的中心距變化時，對漸開線齒輪的傳動比無影響的優點。
1873 年，德國學者 Hoppe 提出對不同齒數的齒輪在壓力角改變時的漸開線齒形，奠定了變位齒輪的理論基礎。
1842 年，法國學者 T. Oliver 提出了求共軛齒面的普遍法——包絡曲面法，論證了利用輔助曲面得到線接觸和點接觸共軛齒面的可能性。根據 T. Oliver 的思想，利用微分幾何求解包絡曲面和一對互為包絡曲面的瞬時接觸線比較複雜。1886 年俄國學者 Gochman 提出一種簡化的求解方法，其主要特點是能夠在與任何一個傳動構件相固聯的坐標系中求解上述問題。T. Oliver 和 Gochman 的貢獻奠定了空間嚙合(共軛齒面)的理論基礎。後來提出的各種空間嚙合理論都是根據這一原理髮展起來的。
二十世紀初開始，漸開線齒形以其突出的優點逐漸取代了擺線齒形，在齒輪傳動的實際套用中占據了主導地位。以 E. Buckingham、F. L. Litvin 和 J. R. Colbourne為代表的一些學者後來對漸開線齒輪幾何學進行了深入細緻的研究。但是尋找新齒形的研究工作一刻也未間斷過國內許多齒輪研究學者相繼提出了一些齒廓嚙合的普遍理論。這些理論從不同的角度，採用不同的數學工具，分析研究共軛齒廓的普遍理論。例如吳序堂主要是套用解析法研究共軛齒廓，吳大任和駱家舜主要採用矢量分析和微分幾何研究共軛齒廓，陳志新主要採用矢量迴轉、陳惟榮主要採用矢量迴轉矩陣研究共軛齒廓。
齒輪的承載能力方面，1881 年，H. Hertz 導出了兩個圓柱體接觸時，接觸區域接觸壓力的計算公式。1908 年，E. Videky 把 H. Hertz 公式用於齒輪的齒面接觸強度計算，從而奠定了齒輪齒面接觸強度計算的理論基礎。W. Lewis 發表了建立在拋物線等強度梁基礎上的包含齒形係數的彎曲強度計算公式，成為齒輪彎曲強度計算的理論基礎。
齒輪的承載能力，不僅依賴於齒輪設計和製造水平的提高，還有賴於齒輪材料及熱處理技術。
1920 年左右，各種高質量的合金鋼得到廣泛套用。1930 年前後，滲碳和表面滲碳技術迅速發展，1950 年，齒輪高頻硬化技術推廣使用。傳統的齒輪使用硬度低於 350HBS 的軟齒面齒輪為主。1980 年後，硬齒面和整體硬度在 350HBS上下的中硬齒面幾乎取代了軟齒面齒輪。硬齒面齒輪的推廣套用使齒輪承載能力明顯提高。
傳統齒輪設計是以生產經驗為基礎，運用力學和數學而總結出的半理論及半經驗公式、圖表和手冊等作為設計依據或指導準則。目前一些齒輪現代設計方法已經套用，如工作載荷譜與動態設計、最佳化設計、計算機輔助設計(CAD)、有限元分析、邊界元分析、可靠性設計等。這些方法使齒輪設計更具有科學性，更加完善和符合實際。齒輪製造方面，數控技術對傳統齒輪加工技術的滲透已經成為現代齒輪製造技術發展的趨勢。
偶數齒數變齒距星輪的齒形設計
偶數齒數變齒距星輪的齒形設計關鍵為星輪齒數是偶數和齒距是間隔變化的設計思路；設計難點為開發既滿足嚙合原理，又滿足帶式燒結機台車具體運行工況的齒廓曲線。由於星輪與輥輪屬於齒輪—銷齒條嚙合傳動形式，因此星輪的基本齒廓曲線比較容易求得。為了滿足台車在轉彎時端面不產生干涉和異常磨損這一工況，本節將嚙合角函式法首次套用於帶式燒結機星輪齒形的求解領域，在基本齒廓曲線上進行處理，得到了令人滿意的、能夠用統一方程表示的實際齒廓曲線，為星輪的最終製造和套用打下了基礎。
在研製新型星輪齒形過程中主要考慮以下要求：
(1)星輪的齒距要與相隔變化的輥輪列的輪距相匹配，應該也是間隔變化的，這就要求星輪的齒數為偶數；
(2)星輪的齒廓曲線與輥輪的嚙合必須滿足平面嚙合理論；
(3)星輪的齒形還要滿足台車在轉彎時端面不能產生干涉和異常磨損這一要求；
(4)星輪的齒廓曲線應具有良好的幾何特性；
(5)星輪易於加工製造。
