周本汉
摘 要：在单螺杆压缩机中，常用的滑阀调节方式为：在机体内设置油缸或气缸，油缸或气缸内的活塞带动滑阀运动，达到调节滑阀行程的目的。然而，这类调节方式的结构比较复杂，与油缸或气缸配套的驱动件、零部件、控制阀较多，且调节响应较慢，调节不能达到很精确的程度，而且能调节的行程只有数个档位。本文介绍一种结构简单，且能精确、无级调节滑阀行程的机构。
关键词：单螺杆压缩机；滑阀；行程；无级调节；步进电机；蜗杆；蜗轮；旋转密封圈；丝杠；移动螺母
中图分类号：TB653 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）04-0079-01
在单螺杆压缩机中，常用的滑阀调节方式为：在机体内设置油缸或气缸，油缸或气缸内的活塞带动滑阀运动，达到调节滑阀行程的目的。然而，这类调节方式的结构比较复杂，与油缸或气缸配套的驱动件、零部件、控制阀较多，且调节响应较慢，调节不能达到很精确的程度，而且能调节的行程只有数个档位。在一种气缸、活塞、弹簧式滑阀行程调节结构中，气体从进气腔引入，经过缸体、二位二通电磁阀、气缸盘等进入活塞腔，活塞在气体力和弹簧力的作用下，带动滑阀移动。但是，进气压力有一定波动，实际弹簧力与计算值有一定差值，因此，滑阀的行程不能准确控制。而且，需在缸体、气缸盘上加工多个直径较小的通孔，生产成本较高。
以下介绍一种结构简单，且能精确、无级调节滑阀行程的机构。
如图1、图2、图3、图4所示，能正反转的步进电机置于机顶，通过皮带、皮带轮驱动蜗杆、蜗轮，蜗轮带动丝杠、移动螺母运动。以上各示意图的右侧为进气端，左侧为排气端。
蜗杆与蜗杆轴承座之间的密封件为旋转密封圈。以前，旋转密封圈的工作压力很低，限制了旋转密封圈的使用范围。现在，已有工作压力达数兆帕甚至数十兆帕的旋转密封圈的国产品牌可供选用。
丝杠被丝杠轴承座和丝杠轴承座盖限位，只能转动，不能作轴向运动。
移动螺母用螺钉固定在滑阀拉杆连接板上，被滑阀拉杆连接板、滑阀拉杆、滑阀和滑阀槽限位，只能作轴向运动，不能转动。移动螺母前端的圆柱部分与气缸盘配合，以保证移动螺母在径向的定位精度合格。
丝杠与移动螺母的配合为自锁结构，即丝杠转动时，能带动移动螺母作轴向运动。而移动螺母受轴向力时，不能使丝杠转动，亦即此时移动螺母不能作轴向运动，从而保证滑阀能准确定位。
当步进电机正转或反转时，滑阀向排气端或进气端运动，行程按步进电机的步距连续变化，而且根据传感器检测到的有关数据，滑阀能够可靠地停留在其行程范围内的预定位置，从而使排气压力、排气温度、排气量等参数达到设定数值。
计算方法如下：
丝杠与移动螺母的啮合选用梯形螺纹，梯形螺纹的导程为S，螺纹中径为d2，齿形角为α2，丝杠与移动螺母的摩擦因数为f，则螺纹升角λ=arctan（S/（3.14*d2）），当量摩擦角ρ=arctan（f/cos（α2/2）），当λ<ρ时，丝杠与移动螺母能自锁。滑阀受力面积Ahf，排气压力P2，轴向载荷F= P2*Ahf*2，梯形螺纹摩擦力矩Mt1=（d2/2）*F*tan（λ+ρ），丝杠轴向支撑环面的外径Do，丝杠轴向支撑环面的内径do，丝杠与轴承的摩擦因数fa，丝杠轴向支撑环面摩擦力矩Mt2=（1/3）*fa*F*（Do3-do3）/（Do2-do2），丝杠的驱动力矩Mt=Mt1+Mt2。丝杠与蜗轮之间采用键连接的结构，所以，蜗轮扭矩T2=Mt。
旋转密封圈与蜗杆配合的许用线速度为v，蜗杆在此处的半径为r，蜗杆的转速n1=v/（2*3.14*r）。
选用ZN型蜗杆蜗轮啮合副，传动比i=z2/z1，传动效率η=（100-3.5*（i）0.5）/100，蜗杆扭矩T1=T2/（i*η），根据蜗杆扭矩T1选用步进电机。
当蜗杆的转角为θ1，蜗轮的转角亦即移动螺母的转角θ2=θ1/i，丝杠轴向位移L=（θ2/（2*3.14））*S，式中θ2的单位为弧度。根据步进电机与蜗杆的传动比，即可计算出步进电机的步距角与移动螺母的轴向位移的关系。
从上往下看，当电机作顺时针旋转时，蜗轮作顺时针旋转（从排气端往进气端看），如丝杠与移动螺母为右旋螺纹，则此时移动螺母向排气端运动。
参考文献
[1]郁永章.容积式压缩机技术手册[M].北京：机械工业出版社，2005.
[2]成大先.机械设计手册[M].北京：化学工业出版社，2007.
