关键词：螺杆主机、发展动向、型线、转子、轴承
在主机的设计中，各种理念层出不穷，主机从型线设计、转子设计加工、轴承设计等都经历了不同的发展时期，本文就螺杆主机设计的发展动向做以介绍。
引言
作为一种通用机械，空压机使用范围非常广泛，螺杆空压机更是因为易损件少、无人值守等特点备受青睐，其市场占有量也迅速增长。在资源短缺的今天，节能已经成为业内不二的追求目标，如何设计出高效的螺杆主机一直是企业的不断追求。
型线
螺杆压缩机中，转子形状基本决定了螺杆压缩机的性能，自1937年SRM（瑞典）公司研制成功第一台螺杆压缩机，转子型线的研究一直是螺杆压缩机研究领域的重点内容，可以说型线开发的成功与否决定了企业的持续竞争力，开发节能、高效的型线已经成为业界的不懈追求。
螺杆转子型线经历了对称圆弧齿形、不对称齿形后，现在已经发展到第三代齿形，它的组成齿曲线中不再有点、直线和摆线，均采用圆弧、椭圆、抛物线等曲线，所有组成齿曲线均为圆弧或圆弧包络线。这种转子型线能在转子间完全实现“曲面对曲面”的密封，有助于形成流体动力润滑油膜，可降低通过接触线的横向泄漏，提高压缩机效率，改善了转子的加工性能，便于采用磨削法加工特点的新型螺杆转子型线。
在通常的设计条件下，螺杆压缩机阳阴转子的齿数比在3/3到10/11之间。由于4/6组合有较好的强度、较高的效率，获得了广泛的应用，成为业内经典的齿数比组合。5/6组合有较为接近的齿顶圆周速度，在外径相同和型线基本一致的情况下，加工转子的切削量少，从而可以增加转子自身的强度。因其齿间落差小、回流损失小，可以提高热效率，因此现在一些企业在新设计方案中广泛采用5/6齿数比组合。
转子
转子长径比通常为0.9～2.0，随着长径比的增大，泄露三角形也会增大，排气孔口面积减小。小长径比弯曲应力小、转速低、噪声低、寿命长、可以较好的布置排气孔口，在排量相通的情况下，小长径比的转子直径相对加大，在轴承的设计中，可以有较大的选择空间，选择大直径的轴承可以有效提高轴承的寿命。现在，一些企业已经把“大转子、大轴承、低转速”作为卖点，正是基于以上的考虑。
螺杆压缩机在使用的时候，一般都有一个最佳的速度范围10～50m/s，在这个范围润滑油的密封作用和粘性摩擦损失达到均衡，压缩机有较高的效率。所以在大排量空压机的设计中，转子直径不宜过大，企业在设计中还是要选择较大的长径比，为了弥补大长径比对排气孔口的影响，会选用径向加轴向的排气孔口方式，以期获得较大的排气孔口面积、减小流动损失、提高机器效率。
在型线一定、转子几何特征确定的情况下，面积利用系数、扭角系数、吸、排气孔口也就确定了，影响主机的效率因素就剩转子的加工质量和整机的组装保证了。国内个别企业已经摒弃传统的粗精铣螺杆转子加工工艺，采用精铣细磨工艺加工螺杆转子，其齿形加工精度可达到0.005mm，齿面粗糙度Ra0.1～0.2 μ m。良好的齿形精度和表面质量保证了转子的使用效率。
轴承
从制造成本角度考虑，目前一般小排量螺杆压缩机主机通过齿轮、皮带等调节方式调节转速范围，可以使一款主机有较大的排气量使用范围，最高使用转速达到6000 r/min以上，加上转子在运转的时候会产生差别较大的轴向力和径向力，为此，如何合理的选用轴承成为决定主机寿命的关键因素。
在螺杆压缩机设计中，无论采用何种形式的轴承，都应确保转子的一端固定，另一端能够伸缩。为使主机气体的泄露最小，确保主机的效率，转子在排气端留有不变的最小间隙，故一般情况下，主机的固定端放在排气端。在吸气端留有较大的轴向间隙，让其自由膨胀，吸气端采用NU型轴承承受径向力。主机在固定端轴承的设计中会选用以下几种形式。
1、固定端采用四点角接触球轴承和NU型圆柱滚子轴承：
固定端采用四点角接触球轴承承受转子的轴向力，NU型圆柱滚子轴承承受转子的径向力，该形式的特点利用四点角接触球轴承和NU型圆柱滚子轴承有较高允许转速，使一款主机有较大的排气量使用范围。缺点是：因为轴承受力差异较大，轴承的使用寿命不匹配。（图1）
2、固定端采用背靠背圆锥滚子轴承
固定端采用背靠背圆锥滚子轴承，用以承担转子的轴向力和径向力，在相同尺寸下，其允许转速较之角接触球轴承和NU型圆柱滚子低，但其使用寿命会延长。（图2）
3、固定端采用背靠背角接触球轴承和NU型圆柱滚子轴承：
该形式是固定端采用背靠背角接触球轴承和NU型圆柱滚子轴承，背靠背角接触球轴承既可以承担轴向力，也可以和圆柱滚子轴承共同承担径向力，会大大缓解圆柱滚子轴承受力情况，做到轴承寿命的匹配。（图3）
其它
主机的设计中，为了降低制造成本，其转速调节范围较大，通常采用内置齿轮、皮带传动等方式，可以采用较少转子的情况下，覆盖更广泛的机器型谱。任何一款主机的设计都是基于一定的技术条件设计油路、孔口、轴承，在符合设计参数范围时效率最高，宽广的使用范围势必会影响主机的润滑，带来内外压力比不一致，噪音、振动加大，而影响其使用效率，缩短主机使用寿命。眼下一些企业已经开始拓展主机系列，在一定功率范围内配属固定型号主机，在连接方式上采用直连，使主机的利用效率、性价比达到设计的最佳范围。
参 考 文 献
[1] 刑子文.螺杆压缩机理论设计及应用[M].北京：机械工业出版社，2000.
[2] 郁永章.容积式压缩机技术手册[M].北京：机械工业出版社，2000.
作者简介
宋占明，男，1978年生人，汉族，中南大学本科毕业。工程师，现在北京南口轨道交通机械有限责任公司从事空压机研发工作。
