膨胀气体驱动双蜗杆机构做功的研究

任 勇

（太原理工大学，山西 太原 030024）

1 膨胀气体做功

（1）生活常识。一个很简单的道理，就是对于膨胀的气体来说，在体积不断增大的过程中，一定会对外界做功。其实对于膨胀气体的做功，我们也可以从一个比较新颖的试验得到证实。

（2）膨胀气体做功试验。实验用的器材主要包括瓶体、瓶塞、气门嘴、垫圈、固定螺母、气门芯、气门芯箍。注意需要在瓶子的侧壁开孔，并且将气门嘴穿过孔，有气门的芯箍，并且设计出垫圈，将固定的螺母固定于瓶体的侧壁，有气门芯箍固定气门嘴，瓶口塞紧。瓶体可以采用塑料材质，需要满足透明和安全，充气可以采用普通的自行车充气筒，不仅仅可以达到充气的速度，而且可以产生比较大的气压。当充气到一定的程度，瓶塞就可以被顶起，并且可以发现瓶内的水蒸气已经化为了小水滴，可以看到瓶子内充满了雾气。

2 驱动双蜗杆机构作功过程

（1）双蜗杆机构介绍。双蜗杆机构主要是指的一种双驱动杆输出端的设计，一般就是呈现出左右方向各一相对驱动蜗杆结构，也就是在膨胀气体的推动下，可以呈现出左右旋向相对的双驱动蜗杆，在驱动两个相互对应的涡轮进行运动的时候可以出现轴向力的相互平衡状态。可以有效的实现阴阳轴子的轴向定位，有效的对于轴向力以及径向力的承受，可以精确的保障各部件可以在没有任何轴向力的状态下，无噪音和平稳的工作。其特点和优势就是在输出端有效的设计成为了一种相对的左右旋向的双驱动蜗杆，如图1所示。

图1 双驱动蜗杆

（2）膨胀气体做功过程。排气口和齿容间结合后，齿间容积不断的缩小，此时齿间容积随着气体被排出，容积变为零。此时进入压缩的过程，蜗杆在高压气体的作用下，可以不断的沿着向前推进，实现对于气体的压缩，直到排气口联通。齿间容积继续增大，高压的气体可以转化为低压和低温的气体，同时可以输出做功。齿槽内的气体被转子齿和机壳包围在一个封闭的空间中，即封闭过程。吸气过程结束的同时阴阳转子的齿峰与机壳密封，齿槽内的气体被转子齿和机壳包围在一个封闭的空间中，即封闭过程膨胀气体对于双蜗杆做功的过程主要为高压气体进入齿轮间的容积，并且可以实现有效的推动双蜗杆，并使齿轮间容积不断的增大，并与吸气口保持相通，在增大到最大值时，齿间容积与吸气口脱离，进入空气过程结束。

双蜗杆的工作性能主要体现为，高压的空气被有效的压缩进储气罐，储气罐可以有效 达到为整个双蜗杆工作机构提供有效的稳定气源，被压缩的空气从储气罐放出后，经过调节阀进入膨胀机进行膨胀做功，对于做完功的气体被有效的排放到室外，对于膨胀机的做功可以由扭矩传感器进行测量，磁粉制动器可以有效的消耗轴功，通过对于此电流的调节可以控制负载的大小，有效的实现对于温度，以及流量的有效监测。

（3）双蜗杆机构测定。对于双蜗杆机构进行有效测试的主要目的就是有效的评定在全负荷情况下的动力，以及经济性等性能，在气体阀门全部开放的情况下，通过对于改变转速进行测量，有效的实现对于负荷的经济性进行评定。也可以在保持转速不变的情况下，通过对于不同测定点的测量，对于进出口温度，以及降温情况进行分析，以便于掌握降温时输出的轴功情况。双蜗杆机构运行比较平稳，基本上没有什么震动，噪音低，原因就是因为选择了合理的联轴器，以及有效的解决了设备共振的问题。从双蜗杆机构运行的效率进行分析的话，我们可以发现高转数下的机械效率明显的低于转数较低的情况，因为在转数比较高度情况下会出现明显的空气以及蜗杆之间的摩擦，因为摩擦所以产生的机械损失是比较大的。未来，有效的解决摩擦问题可以促进双蜗杆的膨胀。

（4）双蜗杆机构优势。双蜗杆的回旋驱动是一种膨胀气体驱动做功的主要形式，也是一种全新的应用比较广泛的驱动形式。其主要的组成部件包含外壳体、蜗轮套圈、蜗杆、马达等，其与单蜗杆驱动系统还是存在很大区别的。双蜗杆的设计可以有效的实现模块化，安全性和简化主机的特点，在外形基本相同的情况下，双蜗杆的设计可以更加的紧凑，并且可以实现有效的高载荷，其有效输出扭矩也可以远远的超过单蜗杆驱动结构。双蜗杆可以在设计中有效的舍弃核心部件回转支撑，主要就是实现壳体与涡轮之际的双排空间交叉滚柱式的回转支撑，可以有效的实现蜗杆和涡轮的有效啮合。不仅仅可以实现较高的承载，而且可以实现较大的输出扭矩

3 双蜗杆机构应用

双蜗杆驱动机构主要应用于重型平板运输车，因为其回转驱动更好，可以应用于较大的重型设备，可以有效的避免抖动，噪音，以及壳体的扭曲。在重型的吊装，以及高空作业中双蜗杆驱动设备可以有效的应对恶劣的工况和使用条件，可以在使用的过程中有效的得到较大的减速比，可以得到高于传统数倍的输出扭矩。在重型门式起重设备中，在单位面积的起重设备中，所需要的起重设备会明显的减少，可以有效的降低作业成本和维护成本，作业的效率也可以大大的提高。在旋转工作台和搅拌领域可以实现搅拌的同时，提供更大的输出扭矩，实现主机设置的精简，以及提高回转驱动的装配精度。在港口移动式起重中也被有效的应用，可以实现较大的承载，可以改变驱动转盘的旋转方式。正是因为膨胀气体驱动双蜗杆机构做功的优点，所以越来越多的用户开始选用双蜗杆机构作为设计的首选，使自己的产品更加的符合市场要求，更具竞争力。

[1]童明伟，胡鹏.涡旋式高压气体膨胀机做功过程的热力学分析[J].机械工程学报，2010，（20）.

[2]童明伟，胡鹏.双蜗杆索绪传动机构的改进设计[J].丝绸，2002，（7）.

[3]邱新桥.可减小传动间隙的双蜗杆传动机构[J].机械制造，2003，（7）.