【壓縮機(jī)網(wǎng)】對(duì)于雙螺桿壓縮機(jī)和單螺桿壓縮機(jī)的滾動(dòng)與滑動(dòng)摩擦問(wèn)題，人們眾說(shuō)紛紜，有人說(shuō)：雙螺桿兩轉(zhuǎn)子之間是滾動(dòng)摩擦，單螺桿壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子與星輪之間是滑動(dòng)摩擦……

　　為了正確的認(rèn)識(shí)滑動(dòng)與滾動(dòng)摩擦，我們不妨分析兩個(gè)物體的摩擦形態(tài)。兩個(gè)物體的摩擦形態(tài)有三種：滾動(dòng)摩擦、滑動(dòng)摩擦和滾滑摩擦。

　　滾動(dòng)摩擦是相對(duì)運(yùn)動(dòng)的摩擦偶件不斷地變換接觸點(diǎn)（例如球軸承）或接觸線（例如滾柱軸承），而且其接觸點(diǎn)的線速度相同，形成無(wú)滑動(dòng)的滾動(dòng)摩擦。

　　滑動(dòng)摩擦是相對(duì)運(yùn)動(dòng)的摩擦偶件有一件不斷的變換接觸點(diǎn)（例如氣缸）；而另一件的接觸點(diǎn)不變化（例如活塞上的某點(diǎn)），也就是說(shuō)相對(duì)滑動(dòng)的一摩擦偶件的接觸點(diǎn)相對(duì)位置不變；而另一摩擦偶件的接觸點(diǎn)在一直變化，形成滑動(dòng)摩擦?；瑒?dòng)摩擦是物體沿著另一物體表面滑動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的摩擦。

　　滾滑摩擦是指由于兩個(gè)零件嚙合而形成的摩擦。兩個(gè)互相嚙合的物體（例如齒輪、雙螺桿、單螺桿與星輪），當(dāng)嚙合點(diǎn)位于節(jié)圓直徑上時(shí)，瞬時(shí)線速度相等，此時(shí)摩擦是滾動(dòng)摩擦；當(dāng)嚙合點(diǎn)偏離節(jié)圓直徑時(shí)，一個(gè)零件的瞬時(shí)線速度增大，另一個(gè)零件的瞬時(shí)線速度減小，由于嚙合點(diǎn)兩零件瞬時(shí)線速度不同，形成了基于滾動(dòng)摩擦附加滑動(dòng)摩擦的滾滑動(dòng)摩擦。由于嚙合點(diǎn)的位置周期性的發(fā)生變化，這種滾滑動(dòng)摩擦的數(shù)據(jù)會(huì)發(fā)生周期性的交替變化。

 

　　1.雙螺桿壓縮機(jī)

　　雙螺桿壓縮機(jī)兩轉(zhuǎn)子是定傳動(dòng)比嚙合，一對(duì)嚙合的螺桿其節(jié)圓直徑是固定的，當(dāng)接觸點(diǎn)位于節(jié)圓直徑時(shí)，兩個(gè)轉(zhuǎn)子接觸點(diǎn)的線速度相同，此時(shí)兩轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)是純滾動(dòng)。

　　當(dāng)接觸點(diǎn)離開節(jié)圓直徑時(shí)，兩個(gè)轉(zhuǎn)子接觸點(diǎn)的線速度就發(fā)生了變化，當(dāng)陽(yáng)轉(zhuǎn)子與陰轉(zhuǎn)子的接觸點(diǎn)位于陰轉(zhuǎn)子節(jié)圓一側(cè)某一點(diǎn)時(shí)，其陰轉(zhuǎn)子接觸點(diǎn)的瞬時(shí)線速度小于陽(yáng)轉(zhuǎn)子接觸點(diǎn)的線速度。此時(shí)陰轉(zhuǎn)子的瞬時(shí)運(yùn)動(dòng)是滾動(dòng)，而陽(yáng)轉(zhuǎn)子的瞬時(shí)運(yùn)動(dòng)是滾動(dòng)+滑動(dòng)。同樣，當(dāng)陽(yáng)轉(zhuǎn)子與陰轉(zhuǎn)子的接觸點(diǎn)位于陽(yáng)轉(zhuǎn)子節(jié)圓一側(cè)某一點(diǎn)時(shí)，其陽(yáng)轉(zhuǎn)子接觸點(diǎn)的瞬時(shí)線速度小于陰轉(zhuǎn)子接觸點(diǎn)的線速度，此時(shí)陽(yáng)轉(zhuǎn)子的瞬時(shí)運(yùn)動(dòng)是滾動(dòng)，而陰轉(zhuǎn)子的瞬時(shí)運(yùn)動(dòng)是滾動(dòng)+滑動(dòng)。

　　當(dāng)一個(gè)轉(zhuǎn)子嚙合點(diǎn)在齒尖時(shí)，另一個(gè)轉(zhuǎn)子的嚙合點(diǎn)必然在齒根，位于齒尖此時(shí)轉(zhuǎn)子滑動(dòng)分量與滾動(dòng)分量的比值最大，也就是滑動(dòng)摩擦最大。

　　雙螺桿壓縮機(jī)的型線水平，不僅體現(xiàn)在泄漏三角形的大小，也體現(xiàn)在型線的流暢與否。流暢的型線不會(huì)產(chǎn)生干涉帶，差的型線會(huì)產(chǎn)生干涉帶，影響螺桿的性能和可靠性，這種干涉會(huì)增加螺桿的磨損。干涉帶多發(fā)生在螺桿齒高的中部，在分解主機(jī)換軸承時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)螺桿的型面有寬度不同的干涉帶。

　　齒高中部呈現(xiàn)干涉帶原因在于，齒高中部是兩螺桿節(jié)圓區(qū)域及附近區(qū)域，此處基本是純滾動(dòng)區(qū)域，沒(méi)有和很少有滑動(dòng)摩擦，基本沒(méi)有磨損；離開這部分區(qū)域，開始有滑動(dòng)摩擦，相對(duì)于上述區(qū)域會(huì)有磨損發(fā)生，出現(xiàn)干涉帶減小趨勢(shì)，因而出現(xiàn)齒高中部呈現(xiàn)干涉帶的現(xiàn)象。

　　沒(méi)有其它措施時(shí)，雙螺桿壓縮機(jī)在這種情況下會(huì)因滑動(dòng)摩擦大而無(wú)法正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

　　雙螺桿壓縮機(jī)的發(fā)明人就想辦法克服這種滑動(dòng)摩擦，發(fā)明出無(wú)油雙螺桿壓縮機(jī)和噴油雙螺桿壓縮機(jī)。

　　無(wú)油雙螺桿壓縮機(jī)的兩轉(zhuǎn)子并不接觸，其相對(duì)位置是由同步齒輪保證的，不接觸也就沒(méi)有摩擦。

　　噴油雙螺桿有大量的潤(rùn)滑油被噴人壓縮氣體介質(zhì)，并被帶人兩轉(zhuǎn)子表面，起到冷卻、潤(rùn)滑、密封、降噪和凈化的作用。噴油雙螺桿壓縮機(jī)沒(méi)有同步齒輪，由陽(yáng)轉(zhuǎn)子直接帶動(dòng)陰轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。噴油雙螺桿壓縮機(jī)必須噴油，失油的噴油雙螺桿壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子由于摩擦作用，很快就會(huì)由于焊接而粘牢發(fā)生“抱機(jī)”事故。

 

　　2.單螺桿壓縮機(jī)

　　單螺桿壓縮機(jī)的摩擦比較復(fù)雜，蝸桿和星輪的軸線互相垂直，不像雙螺桿那樣兩轉(zhuǎn)子軸線互相平行。單螺桿壓縮機(jī)蝸桿與星輪是定傳動(dòng)比嚙合，蝸桿與星輪的節(jié)圓直徑是固定的，當(dāng)接觸點(diǎn)位于節(jié)圓直徑時(shí)，蝸桿與星輪接觸點(diǎn)的線速度相同，此時(shí)蝸桿與星輪運(yùn)動(dòng)是純滾動(dòng)。

　　當(dāng)接觸點(diǎn)離開節(jié)圓直徑時(shí)，蝸桿與星輪接觸點(diǎn)的線速度就發(fā)生了變化，位于節(jié)圓直徑星輪側(cè)某一點(diǎn)時(shí)，其蝸桿接觸點(diǎn)的瞬時(shí)線速度大于星輪接觸點(diǎn)的線速度。此時(shí)蝸桿的瞬時(shí)線速度大，而星輪的瞬時(shí)線速度小，呈現(xiàn)星輪的摩擦狀態(tài)是滾動(dòng)，而蝸桿的摩擦是滾動(dòng)加滑動(dòng)形態(tài)。

　　同樣，當(dāng)轉(zhuǎn)子與星輪的接觸點(diǎn)位于蝸桿節(jié)圓一側(cè)某一點(diǎn)時(shí)，其蝸桿接觸點(diǎn)的瞬時(shí)線速度則小于星輪接觸點(diǎn)的瞬時(shí)線速度。此時(shí)蝸桿的瞬時(shí)運(yùn)動(dòng)是滾動(dòng)，而星輪接觸點(diǎn)的瞬時(shí)運(yùn)動(dòng)是滾動(dòng)+滑動(dòng)。

　　當(dāng)蝸桿的嚙合點(diǎn)在齒尖時(shí)，星輪的嚙合點(diǎn)必然在齒根，此時(shí)蝸桿的滑動(dòng)分量與滾動(dòng)分量的比值最大，也就是滑動(dòng)摩擦最大。

　　好的嚙合付是首要條件，互不干涉是單螺桿嚙合付必須遵循的原則，誠(chéng)然，制造中的微量誤差使實(shí)際嚙合付與理論上的嚙合付有一定差異。在型面上的某處會(huì)有微點(diǎn)接觸，或某處接觸面有微量不均布，經(jīng)開機(jī)后其磨損是必然的。在較短的時(shí)間內(nèi)使嚙合付干涉處被磨去，呈現(xiàn)出與理論嚙合付相吻的型面，即為磨合期，粗糙度小的單螺桿壓縮機(jī)很容易磨合。在此期間內(nèi)，嚙合付漸漸由稍差轉(zhuǎn)化為較好的嚙合付，最終為互不干涉的嚙合付。此后在很長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)嚙合付磨損越來(lái)越微量，直至不再磨損。

　　蝸桿與星輪的不干涉在于嚙合時(shí)，星輪型線對(duì)蝸桿型線干涉的不斷退讓，形成第二、第三、第四……條接觸線。

　　學(xué)者們對(duì)直線包絡(luò)嚙合副的星輪齒側(cè)理論型面進(jìn)行了多方研究，為單螺桿壓縮機(jī)星輪齒型面的設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)，使單螺桿壓縮機(jī)的摩擦狀況有了進(jìn)一步的改善，促進(jìn)了單螺桿壓縮機(jī)的發(fā)展。

　　由于人們對(duì)單螺桿空氣壓縮機(jī)的摩擦形式看法不同，雖然普遍認(rèn)為單螺桿壓縮機(jī)有摩擦，但是人們也有不同的看法：

　　其一：人們認(rèn)為單螺桿空氣壓縮機(jī)最大做到60立方米/分鐘，不像雙螺桿壓縮機(jī)可做到很大；

　　其二：雖然有些壓縮機(jī)供應(yīng)商也認(rèn)為單螺桿壓縮機(jī)還有摩擦（相對(duì)于雙螺桿壓縮機(jī)來(lái)說(shuō)摩擦小），但是有的單螺桿生產(chǎn)商的產(chǎn)品卻很少更換星輪片，更不用說(shuō)更換蝸桿了；

　　其三：由于單螺桿壓縮機(jī)的摩擦特性決定，單螺桿壓縮機(jī)適合制作單級(jí)壓縮比高的壓縮機(jī)；兩級(jí)微油單螺桿壓縮機(jī)的排氣壓力可以做到4.0MPa，而雙螺桿壓縮機(jī)要三級(jí)壓縮才行，而用于軍工的艦船單螺桿壓縮機(jī)做得更高。

 

　　3.水潤(rùn)滑螺桿壓縮機(jī)

　　雙螺桿壓縮機(jī)和單螺桿壓縮機(jī)的滾動(dòng)與滑動(dòng)摩擦狀況不同，反映在水潤(rùn)滑螺桿壓縮機(jī)上，出現(xiàn)了差異。

　　單螺桿水潤(rùn)滑壓縮機(jī)

　　由于單螺桿壓縮機(jī)有獨(dú)特的滾動(dòng)與滑動(dòng)摩擦特性，加之其軸承軸向很小，型線的多條接觸線變換，使螺桿水潤(rùn)滑壓縮機(jī)的磨損很小，因而得到廣泛應(yīng)用。不同生產(chǎn)商的單螺桿壓縮機(jī)在型線、材料和加工細(xì)節(jié)方面各有特點(diǎn)，呈現(xiàn)在應(yīng)用場(chǎng)合就表現(xiàn)不同。有的單螺桿水潤(rùn)滑壓縮機(jī)在很長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)嚙合付磨損越來(lái)越微量，直至不再磨損。

　　當(dāng)然，同樣規(guī)格的單螺桿空壓機(jī)由于水潤(rùn)滑的摩擦力大，密封性差，但其冷卻性能好，因而反映在性能方面稍有差距。據(jù)制造商提供的數(shù)據(jù)看來(lái)，同水平的水潤(rùn)滑單螺桿空壓機(jī)在0.8MPa110kW工況氣量為微油單螺桿空壓機(jī)的0.965，可以說(shuō)是相當(dāng)不錯(cuò)了。

　　雙螺桿水潤(rùn)滑壓縮機(jī)

　　一般都有同步齒輪，人們也想把雙螺桿壓縮機(jī)做成無(wú)同步齒輪的水潤(rùn)滑壓縮機(jī)，但是一直沒(méi)有取得成功。

　　作者認(rèn)為，雖然噴油雙螺桿壓縮機(jī)軸承軸向負(fù)載大，轉(zhuǎn)子滾滑摩擦性能也不差，所以，解決了機(jī)體和轉(zhuǎn)子的材料和配比問(wèn)題，沒(méi)有同步齒輪的雙螺桿水潤(rùn)滑壓縮機(jī)也是可行的。

 

　　4.單、雙螺桿壓縮機(jī)摩擦類型的差異

　　不得不說(shuō)，單雙螺桿壓縮機(jī)摩擦類型的差異是由它們的轉(zhuǎn)子軸線決定的，因?yàn)殡p螺桿壓縮機(jī)的兩轉(zhuǎn)子軸線是平行的，而單螺桿壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子軸線是相互垂直的，這就決定了它們的摩擦差異。其瞬時(shí)滾滑動(dòng)的比例構(gòu)成也較為復(fù)雜，摩擦特性對(duì)其不同嚙合線的依賴不同，好的型線的嚙合線摩擦小、壽命長(zhǎng)，在軸承不失效和潤(rùn)滑冷卻的情況下，其螺桿轉(zhuǎn)子或星輪的壽命會(huì)很長(zhǎng)，甚至?xí)o(wú)限長(zhǎng)。

　　除了螺桿壓縮機(jī)的型線因素外，其加工技巧有時(shí)也起很大作用，作者拜訪過(guò)幾個(gè)壓縮機(jī)制造商，其中有一個(gè)制造商印象較深，他們幾乎沒(méi)有抱機(jī)事件，星輪片的壽命也非常好。作者在免為其難的情況下，讓他們隨便拿一種螺桿給我看看，發(fā)現(xiàn)他們的轉(zhuǎn)子有一些特殊的加工技巧，雖然沒(méi)能做得最好，但是很有特點(diǎn)，對(duì)避免抱機(jī)和延長(zhǎng)星輪片壽命很有裨益。

 

　　小結(jié)

　　1.雙螺桿壓縮機(jī)和單螺桿壓縮機(jī)的摩擦類型是不同的兩種滾滑動(dòng)摩擦，并非是雙螺桿兩轉(zhuǎn)子之間是滾動(dòng)摩擦，單螺桿壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子與星輪之間是滑動(dòng)摩擦那么簡(jiǎn)單；

　　2.現(xiàn)在看來(lái)，人們對(duì)水潤(rùn)滑單螺桿壓縮機(jī)的接觸線研究是成功的，改善了單螺桿壓縮機(jī)的摩擦磨損狀況，好的單螺桿壓縮機(jī)星輪片幾乎不磨損；

　　3.解決了機(jī)體和轉(zhuǎn)子材料和配比問(wèn)題以及其它問(wèn)題，不設(shè)同步齒輪的雙螺桿水潤(rùn)滑壓縮機(jī)是可行的；

　　4.單螺桿壓縮機(jī)解決了摩擦問(wèn)題，更適用于中壓壓縮機(jī)和艦船用高壓空壓機(jī)。

 

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