膨脹氣體驅(qū)動(dòng)雙蝸桿機(jī)構(gòu)做功的研究

任 勇

（太原理工大學(xué)，山西 太原 030024）

1 膨脹氣體做功

（1）生活常識(shí)。一個(gè)很簡(jiǎn)單的道理，就是對(duì)于膨脹的氣體來(lái)說(shuō)，在體積不斷增大的過(guò)程中，一定會(huì)對(duì)外界做功。其實(shí)對(duì)于膨脹氣體的做功，我們也可以從一個(gè)比較新穎的試驗(yàn)得到證實(shí)。

（2）膨脹氣體做功試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)用的器材主要包括瓶體、瓶塞、氣門(mén)嘴、墊圈、固定螺母、氣門(mén)芯、氣門(mén)芯箍。注意需要在瓶子的側(cè)壁開(kāi)孔，并且將氣門(mén)嘴穿過(guò)孔，有氣門(mén)的芯箍，并且設(shè)計(jì)出墊圈，將固定的螺母固定于瓶體的側(cè)壁，有氣門(mén)芯箍固定氣門(mén)嘴，瓶口塞緊。瓶體可以采用塑料材質(zhì)，需要滿(mǎn)足透明和安全，充氣可以采用普通的自行車(chē)充氣筒，不僅僅可以達(dá)到充氣的速度，而且可以產(chǎn)生比較大的氣壓。當(dāng)充氣到一定的程度，瓶塞就可以被頂起，并且可以發(fā)現(xiàn)瓶?jī)?nèi)的水蒸氣已經(jīng)化為了小水滴，可以看到瓶子內(nèi)充滿(mǎn)了霧氣。

2 驅(qū)動(dòng)雙蝸桿機(jī)構(gòu)作功過(guò)程

（1）雙蝸桿機(jī)構(gòu)介紹。雙蝸桿機(jī)構(gòu)主要是指的一種雙驅(qū)動(dòng)桿輸出端的設(shè)計(jì)，一般就是呈現(xiàn)出左右方向各一相對(duì)驅(qū)動(dòng)蝸桿結(jié)構(gòu)，也就是在膨脹氣體的推動(dòng)下，可以呈現(xiàn)出左右旋向相對(duì)的雙驅(qū)動(dòng)蝸桿，在驅(qū)動(dòng)兩個(gè)相互對(duì)應(yīng)的渦輪進(jìn)行運(yùn)動(dòng)的時(shí)候可以出現(xiàn)軸向力的相互平衡狀態(tài)?？梢杂行У膶?shí)現(xiàn)陰陽(yáng)軸子的軸向定位，有效的對(duì)于軸向力以及徑向力的承受，可以精確的保障各部件可以在沒(méi)有任何軸向力的狀態(tài)下，無(wú)噪音和平穩(wěn)的工作。其特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)就是在輸出端有效的設(shè)計(jì)成為了一種相對(duì)的左右旋向的雙驅(qū)動(dòng)蝸桿，如圖1所示。

圖1 雙驅(qū)動(dòng)蝸桿

（2）膨脹氣體做功過(guò)程。排氣口和齒容間結(jié)合后，齒間容積不斷的縮小，此時(shí)齒間容積隨著氣體被排出，容積變?yōu)榱?。此時(shí)進(jìn)入壓縮的過(guò)程，蝸桿在高壓氣體的作用下，可以不斷的沿著向前推進(jìn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)于氣體的壓縮，直到排氣口聯(lián)通。齒間容積繼續(xù)增大，高壓的氣體可以轉(zhuǎn)化為低壓和低溫的氣體，同時(shí)可以輸出做功。齒槽內(nèi)的氣體被轉(zhuǎn)子齒和機(jī)殼包圍在一個(gè)封閉的空間中，即封閉過(guò)程。吸氣過(guò)程結(jié)束的同時(shí)陰陽(yáng)轉(zhuǎn)子的齒峰與機(jī)殼密封，齒槽內(nèi)的氣體被轉(zhuǎn)子齒和機(jī)殼包圍在一個(gè)封閉的空間中，即封閉過(guò)程膨脹氣體對(duì)于雙蝸桿做功的過(guò)程主要為高壓氣體進(jìn)入齒輪間的容積，并且可以實(shí)現(xiàn)有效的推動(dòng)雙蝸桿，并使齒輪間容積不斷的增大，并與吸氣口保持相通，在增大到最大值時(shí)，齒間容積與吸氣口脫離，進(jìn)入空氣過(guò)程結(jié)束。

雙蝸桿的工作性能主要體現(xiàn)為，高壓的空氣被有效的壓縮進(jìn)儲(chǔ)氣罐，儲(chǔ)氣罐可以有效 達(dá)到為整個(gè)雙蝸桿工作機(jī)構(gòu)提供有效的穩(wěn)定氣源，被壓縮的空氣從儲(chǔ)氣罐放出后，經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)閥進(jìn)入膨脹機(jī)進(jìn)行膨脹做功，對(duì)于做完功的氣體被有效的排放到室外，對(duì)于膨脹機(jī)的做功可以由扭矩傳感器進(jìn)行測(cè)量，磁粉制動(dòng)器可以有效的消耗軸功，通過(guò)對(duì)于此電流的調(diào)節(jié)可以控制負(fù)載的大小，有效的實(shí)現(xiàn)對(duì)于溫度，以及流量的有效監(jiān)測(cè)。

（3）雙蝸桿機(jī)構(gòu)測(cè)定。對(duì)于雙蝸桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行有效測(cè)試的主要目的就是有效的評(píng)定在全負(fù)荷情況下的動(dòng)力，以及經(jīng)濟(jì)性等性能，在氣體閥門(mén)全部開(kāi)放的情況下，通過(guò)對(duì)于改變轉(zhuǎn)速進(jìn)行測(cè)量，有效的實(shí)現(xiàn)對(duì)于負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行評(píng)定。也可以在保持轉(zhuǎn)速不變的情況下，通過(guò)對(duì)于不同測(cè)定點(diǎn)的測(cè)量，對(duì)于進(jìn)出口溫度，以及降溫情況進(jìn)行分析，以便于掌握降溫時(shí)輸出的軸功情況。雙蝸桿機(jī)構(gòu)運(yùn)行比較平穩(wěn)，基本上沒(méi)有什么震動(dòng)，噪音低，原因就是因?yàn)檫x擇了合理的聯(lián)軸器，以及有效的解決了設(shè)備共振的問(wèn)題。從雙蝸桿機(jī)構(gòu)運(yùn)行的效率進(jìn)行分析的話(huà)，我們可以發(fā)現(xiàn)高轉(zhuǎn)數(shù)下的機(jī)械效率明顯的低于轉(zhuǎn)數(shù)較低的情況，因?yàn)樵谵D(zhuǎn)數(shù)比較高度情況下會(huì)出現(xiàn)明顯的空氣以及蝸桿之間的摩擦，因?yàn)槟Σ了援a(chǎn)生的機(jī)械損失是比較大的。未來(lái)，有效的解決摩擦問(wèn)題可以促進(jìn)雙蝸桿的膨脹。

（4）雙蝸桿機(jī)構(gòu)優(yōu)勢(shì)。雙蝸桿的回旋驅(qū)動(dòng)是一種膨脹氣體驅(qū)動(dòng)做功的主要形式，也是一種全新的應(yīng)用比較廣泛的驅(qū)動(dòng)形式。其主要的組成部件包含外殼體、蝸輪套圈、蝸桿、馬達(dá)等，其與單蝸桿驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)還是存在很大區(qū)別的。雙蝸桿的設(shè)計(jì)可以有效的實(shí)現(xiàn)模塊化，安全性和簡(jiǎn)化主機(jī)的特點(diǎn)，在外形基本相同的情況下，雙蝸桿的設(shè)計(jì)可以更加的緊湊，并且可以實(shí)現(xiàn)有效的高載荷，其有效輸出扭矩也可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)的超過(guò)單蝸桿驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)。雙蝸桿可以在設(shè)計(jì)中有效的舍棄核心部件回轉(zhuǎn)支撐，主要就是實(shí)現(xiàn)殼體與渦輪之際的雙排空間交叉滾柱式的回轉(zhuǎn)支撐，可以有效的實(shí)現(xiàn)蝸桿和渦輪的有效嚙合。不僅僅可以實(shí)現(xiàn)較高的承載，而且可以實(shí)現(xiàn)較大的輸出扭矩

3 雙蝸桿機(jī)構(gòu)應(yīng)用

雙蝸桿驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)主要應(yīng)用于重型平板運(yùn)輸車(chē)，因?yàn)槠浠剞D(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)更好，可以應(yīng)用于較大的重型設(shè)備，可以有效的避免抖動(dòng)，噪音，以及殼體的扭曲。在重型的吊裝，以及高空作業(yè)中雙蝸桿驅(qū)動(dòng)設(shè)備可以有效的應(yīng)對(duì)惡劣的工況和使用條件，可以在使用的過(guò)程中有效的得到較大的減速比，可以得到高于傳統(tǒng)數(shù)倍的輸出扭矩。在重型門(mén)式起重設(shè)備中，在單位面積的起重設(shè)備中，所需要的起重設(shè)備會(huì)明顯的減少，可以有效的降低作業(yè)成本和維護(hù)成本，作業(yè)的效率也可以大大的提高。在旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)和攪拌領(lǐng)域可以實(shí)現(xiàn)攪拌的同時(shí)，提供更大的輸出扭矩，實(shí)現(xiàn)主機(jī)設(shè)置的精簡(jiǎn)，以及提高回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的裝配精度。在港口移動(dòng)式起重中也被有效的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)較大的承載，可以改變驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)的旋轉(zhuǎn)方式。正是因?yàn)榕蛎洑怏w驅(qū)動(dòng)雙蝸桿機(jī)構(gòu)做功的優(yōu)點(diǎn)，所以越來(lái)越多的用戶(hù)開(kāi)始選用雙蝸桿機(jī)構(gòu)作為設(shè)計(jì)的首選，使自己的產(chǎn)品更加的符合市場(chǎng)要求，更具競(jìng)爭(zhēng)力。

[1]童明偉，胡鵬.渦旋式高壓氣體膨脹機(jī)做功過(guò)程的熱力學(xué)分析[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2010，（20）.

[2]童明偉，胡鵬.雙蝸桿索緒傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的改進(jìn)設(shè)計(jì)[J].絲綢，2002，（7）.

[3]邱新橋.可減小傳動(dòng)間隙的雙蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)[J].機(jī)械制造，2003，（7）.