转子转速越高,必然会加剧对定子橡胶层得摩擦,使定子的寿命降低。因此,泵设计时必须限制泵运行时转子与定子之间的大摩擦速度。
从内摆线齿形曲线可知,但动圆在一个定圆内滚动时,若动圆的半径R1为定圆的半径R的一半,即R1=R/2,可得
这说明不论参数为何值时X均等于零,也就是说,此内摆线完全与Y轴重合,是一条直线。此种情况说明直线即是内摆线的特例。即在此情况下动圆上任意一点的轨迹均为直线。
因此,假设定圆为圆心O、直径等于4e的圆,动圆相当于圆心为O2、直径2e的圆(图1),改动圆从图2可知,它即为沿转子轴线上的每一轴截面的圆心在其轴截面上的投影,是以O2为中心、e为半径的圆;定圆则从图3可知,为沿定子轴线上的每一轴截面的中心在其轴截面上的投影,是以O为中心、2e为半径的圆。因此,讨论该动圆对定圆的运动相当于讨论转子对定子的运动。
以转子截面的O1作为它在定子内作往复直线运动的起始位置,则O1点的移动距离为4e。当转子作复合平面运动时,可看做是直径2e的动圆沿着直径为4e的定圆作无滑动的滚动,所以O1点的轨迹就是内摆线的特例——直线。此种情况下,动圆和定圆的接触(图1中的a点)即为速度瞬心,其速度等于零。
假设转子作逆时针转动,角速度为ω,故动晕圆也以此角速度ω绕圆心O2作逆时针方向转动,而同时又绕定圆心O2作逆时针方向转动,而同时又绕定圆圆心O作滚动。由图1可看出,转子轴线上的圆心O2点绕以O为圆心、直径为2e的圆运动,只是作顺时针方向运动。可见,转子的复合运动是由绕平行轴线而方向相反的两个转动组成:转子轴线上的圆心O2绕定子轴线O运动的角速度为ωe,即为绝对运动的角速度;转子截面圆心O1绕自身轴线O2的转动为相对运动,其角速度为ω。故转子在定子内的运动可看做是行星运动,转子运转一圈就回到原始的位置。
转子截面的任一位置只存在一个速度瞬心,动圆和定圆的接触点在速度瞬心上,而转子截面的其余各点均以不同速度运动着。也就是说,转子和定子的接触点必然存在着运动速度,因此,转子和定子不存在纯滚动,因为纯滚动时接触点的速度为零;或这些接触点应该速度相等且方向相同,显然,也不存在纯滑动,因此速度瞬心也不与动圆圆心O2重合。正是转子和定子接触点的运动速度决定着两者表面的磨损。
欲求转子和定子接触点的滑动速度,必须知道转子对定子的合成角速度当转子以角速度ω和ωe绕两平行轴线不同方向转动时,其合成角速度(1/s)为
由于O1点绕圆心O2的相对线速度vR1=eω;O1点绕转子轴线及圆心O2一起作绕O点转动时的绝对速度vR=2eω。
该速度就是设计当螺杆泵时应考虑的极为重要的一个因素,因为它直接影响到定子的寿命。通常介质的粘度越大、介质的磨损越厉害或定子橡胶的硬度越大时,应取较小的大滑动速度。
德国NETZSCH公司的产品规定大的滑动速度极限值为3.5m/s。我国单螺杆泵行业联合设计的以清水为介质的G下列产品,大滑动速度为2.25~2.5m/s。2007年修订的JB/T8644-2007单螺杆泵标准规定用于清水进行型式试验时考核泵的各项指标(不得作为实际使用转速选用),高转速按大相对滑动速度为4m/s。