膨脹氣體驅動雙蝸桿機構做功的研究

任 勇

（太原理工大學，山西 太原 030024）

1 膨脹氣體做功

（1）生活常識。一個很簡單的道理，就是對于膨脹的氣體來說，在體積不斷增大的過程中，一定會對外界做功。其實對于膨脹氣體的做功，我們也可以從一個比較新穎的試驗得到證實。

（2）膨脹氣體做功試驗。實驗用的器材主要包括瓶體、瓶塞、氣門嘴、墊圈、固定螺母、氣門芯、氣門芯箍。注意需要在瓶子的側壁開孔，并且將氣門嘴穿過孔，有氣門的芯箍，并且設計出墊圈，將固定的螺母固定于瓶體的側壁，有氣門芯箍固定氣門嘴，瓶口塞緊。瓶體可以采用塑料材質，需要滿足透明和安全，充氣可以采用普通的自行車充氣筒，不僅僅可以達到充氣的速度，而且可以產生比較大的氣壓。當充氣到一定的程度，瓶塞就可以被頂起，并且可以發現瓶內的水蒸氣已經化為了小水滴，可以看到瓶子內充滿了霧氣。

2 驅動雙蝸桿機構作功過程

（1）雙蝸桿機構介紹。雙蝸桿機構主要是指的一種雙驅動桿輸出端的設計，一般就是呈現出左右方向各一相對驅動蝸桿結構，也就是在膨脹氣體的推動下，可以呈現出左右旋向相對的雙驅動蝸桿，在驅動兩個相互對應的渦輪進行運動的時候可以出現軸向力的相互平衡狀態。可以有效的實現陰陽軸子的軸向定位，有效的對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有任何軸向力的狀態下，無噪音和平穩的工作。其特點和優勢就是在輸出端有效的設計成為了一種相對的左右旋向的雙驅動蝸桿，如圖1所示。

圖1 雙驅動蝸桿

（2）膨脹氣體做功過程。排氣口和齒容間結合后，齒間容積不斷的縮小，此時齒間容積隨著氣體被排出，容積變為零。此時進入壓縮的過程，蝸桿在高壓氣體的作用下，可以不斷的沿著向前推進，實現對于氣體的壓縮，直到排氣口聯通。齒間容積繼續增大，高壓的氣體可以轉化為低壓和低溫的氣體，同時可以輸出做功。齒槽內的氣體被轉子齒和機殼包圍在一個封閉的空間中，即封閉過程。吸氣過程結束的同時陰陽轉子的齒峰與機殼密封，齒槽內的氣體被轉子齒和機殼包圍在一個封閉的空間中，即封閉過程膨脹氣體對于雙蝸桿做功的過程主要為高壓氣體進入齒輪間的容積，并且可以實現有效的推動雙蝸桿，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，齒間容積與吸氣口脫離，進入空氣過程結束。

雙蝸桿的工作性能主要體現為，高壓的空氣被有效的壓縮進儲氣罐，儲氣罐可以有效 達到為整個雙蝸桿工作機構提供有效的穩定氣源，被壓縮的空氣從儲氣罐放出后，經過調節閥進入膨脹機進行膨脹做功，對于做完功的氣體被有效的排放到室外，對于膨脹機的做功可以由扭矩傳感器進行測量，磁粉制動器可以有效的消耗軸功，通過對于此電流的調節可以控制負載的大小，有效的實現對于溫度，以及流量的有效監測。

（3）雙蝸桿機構測定。對于雙蝸桿機構進行有效測試的主要目的就是有效的評定在全負荷情況下的動力，以及經濟性等性能，在氣體閥門全部開放的情況下，通過對于改變轉速進行測量，有效的實現對于負荷的經濟性進行評定。也可以在保持轉速不變的情況下，通過對于不同測定點的測量，對于進出口溫度，以及降溫情況進行分析，以便于掌握降溫時輸出的軸功情況。雙蝸桿機構運行比較平穩，基本上沒有什么震動，噪音低，原因就是因為選擇了合理的聯軸器，以及有效的解決了設備共振的問題。從雙蝸桿機構運行的效率進行分析的話，我們可以發現高轉數下的機械效率明顯的低于轉數較低的情況，因為在轉數比較高度情況下會出現明顯的空氣以及蝸桿之間的摩擦，因為摩擦所以產生的機械損失是比較大的。未來，有效的解決摩擦問題可以促進雙蝸桿的膨脹。

（4）雙蝸桿機構優勢。雙蝸桿的回旋驅動是一種膨脹氣體驅動做功的主要形式，也是一種全新的應用比較廣泛的驅動形式。其主要的組成部件包含外殼體、蝸輪套圈、蝸桿、馬達等，其與單蝸桿驅動系統還是存在很大區別的。雙蝸桿的設計可以有效的實現模塊化，安全性和簡化主機的特點，在外形基本相同的情況下，雙蝸桿的設計可以更加的緊湊，并且可以實現有效的高載荷，其有效輸出扭矩也可以遠遠的超過單蝸桿驅動結構。雙蝸桿可以在設計中有效的舍棄核心部件回轉支撐，主要就是實現殼體與渦輪之際的雙排空間交叉滾柱式的回轉支撐，可以有效的實現蝸桿和渦輪的有效嚙合。不僅僅可以實現較高的承載，而且可以實現較大的輸出扭矩

3 雙蝸桿機構應用

雙蝸桿驅動機構主要應用于重型平板運輸車，因為其回轉驅動更好，可以應用于較大的重型設備，可以有效的避免抖動，噪音，以及殼體的扭曲。在重型的吊裝，以及高空作業中雙蝸桿驅動設備可以有效的應對惡劣的工況和使用條件，可以在使用的過程中有效的得到較大的減速比，可以得到高于傳統數倍的輸出扭矩。在重型門式起重設備中，在單位面積的起重設備中，所需要的起重設備會明顯的減少，可以有效的降低作業成本和維護成本，作業的效率也可以大大的提高。在旋轉工作臺和攪拌領域可以實現攪拌的同時，提供更大的輸出扭矩，實現主機設置的精簡，以及提高回轉驅動的裝配精度。在港口移動式起重中也被有效的應用，可以實現較大的承載，可以改變驅動轉盤的旋轉方式。正是因為膨脹氣體驅動雙蝸桿機構做功的優點，所以越來越多的用戶開始選用雙蝸桿機構作為設計的首選，使自己的產品更加的符合市場要求，更具競爭力。

[1]童明偉，胡鵬.渦旋式高壓氣體膨脹機做功過程的熱力學分析[J].機械工程學報，2010，（20）.

[2]童明偉，胡鵬.雙蝸桿索緒傳動機構的改進設計[J].絲綢，2002，（7）.

[3]邱新橋.可減小傳動間隙的雙蝸桿傳動機構[J].機械制造，2003，（7）.