CN100351523C - 一种螺杆压缩机转子齿型 - Google Patents

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一种螺杆压缩机转子齿型,涉及阳转子和与其相啮合的阴转子,它们互相啮合作回转运动来压缩输送气体,转子端面齿型由各种性质的型线和参数构成。本发明的技术特征是:螺杆压缩机转子端面齿型包含三段圆弧性质、一段椭圆性质的齿曲线,又可以在转子的齿顶和齿根加上齿顶圆弧和齿根圆弧,形成四种不同的组合方案;相邻两段组成齿曲线在连接点处光滑过渡,转子接触线短,泄漏三角形小,过流面积大,呈流线型,气动阻力小,具有优良的压缩机热力学性能;便于采用成型铣刀和滚刀加工,延长刀具的寿命,也便于采用磨削加工,具有良好的机加工性能。

Description

一种螺杆压缩机转子齿型
一.技术领域本发明涉及在压缩机腔体内共轭啮合运转的转子端面齿型,特别涉及一对螺杆压缩机的转子端面齿型。
二.背景技术
现有的螺杆压缩机,一般由一对螺旋形转子在包容它们的压缩机腔体内相互啮合,一个为阳转子,另一个为阴转子,形成吸气、压缩和排气的循环工作过程。螺杆转子端面齿型一般由多段组成齿曲线首尾连接而成,常用的组成曲线主要有:点、直线、摆线、圆弧、椭圆、渐开线及抛物线等。型线的组成曲线既直接影响螺杆压缩机的效率、性能,也直接影响转子的加工性能。但是,传统型线的组成曲线中一般存在点、直线、摆线等,例如我国的单边不对称摆线—销齿圆弧型线,既容易导致齿面磨损快、综合性能下降快等问题,又影响转子的检测和加工性能,例如不便于采用螺杆磨削这种高精度加工方式。
三.发明内容
本发明的目的是:在吸取国内外现有螺杆压缩机齿型优点的基础上,研制出一种新型螺杆压缩机转子齿型,使转子接触线短,泄漏三角形小,过流面积大。同时,这种新型螺杆压缩机转子齿型的各段组成齿曲线之间光滑连接,转子型线呈流线型,不仅可以减小气体动力损失,降低噪音,效率高,功耗低,具有优良的压缩机热力学性能;而且便于采用成型铣刀和滚刀加工,延长刀具的寿命,也便于采用磨削加工,具有良好的机加工性能。
本发明的组成齿曲线有下面几种方案:(一)螺杆端面齿型只由三段圆弧性质、一段椭圆性质的齿曲线组成;(二)除包含三段圆弧性质、一段椭圆性质的四段齿曲线外,又可以在阳转子齿顶加上齿顶圆弧,在阴转子齿根加上齿根圆弧;(三)除包含三段圆弧性质、一段椭圆性质的四段齿曲线外,又可以在阴转子齿顶加上齿顶圆弧,在阳转子齿根加上齿根圆弧;(四)除包含三段圆弧性质、一段椭圆性质的四段齿曲线外,又可以在阳转子、阳转子的齿顶和齿根同时加上齿顶圆弧和齿根圆弧。以阳转子半径R1的不同尺寸构成螺杆压缩机的阳转子和阴转子的齿型系列,相邻的两段组成齿曲线在连接点处具有公切线。
本发明包含的四段组成齿曲线在阴转子F和阳转子M上的组成如下:
(1)阴转子F的型线组成:阴转子第一齿曲线椭圆弧a2b2:是椭圆心O5在阴转子节圆Fj内的四分之一椭圆;阴转子第二齿曲线圆弧b2c2:是圆心在阴转子节圆Fj、阳转子节圆Mj的交点p上的一段半径为R1-R1j的圆弧,它与第一齿曲线椭圆弧a2b2相连,其中,R1为阳转子齿顶圆半径,R1j为阳转子节圆半径;阴转子第三齿曲线圆弧包络线c2d2:是当阳转子节圆Mj沿阴转子节圆Fj作纯滚动时,由阳转子M上的圆心O4在阴阳转子中心连线O1O2上、半径R4等于该圆心O4到齿顶圆之间的距离的圆弧c1d1运动所形成轨迹的包络线,与阴转子第二齿曲线圆弧b2c2相连;阴转子第四齿曲线圆弧d2a2:是圆心O3位于阴转子节圆Fj内、半径R3等于该圆心O3到齿顶圆之间的距离的一段圆弧,与阴转子第三齿曲线圆弧包络线c2d2相连;(2)阳转子M的型线组成:阳转子第一齿曲线椭圆包络线a1b1:是当阴转子F节圆Fj沿阳转子M节圆Mj作纯滚动时,由阴转子第一齿曲线——椭圆弧a2b2运动所形成轨迹的包络线;阳转子第二齿曲线圆弧b1c1:是圆心在阴转子节圆Fj、阳转子节圆Mj的交点p上的一段半径为R1-R1j的圆弧,与阳转子第一齿曲线椭圆包络线a1b1相连,其中,R1为阳转子齿顶圆半径,R1j为阳转子节圆半径;阳转子第三齿曲线圆弧c1d1:是圆心O4位于阳转子节圆Mj内、半径R4等于该圆心O4到齿顶圆之间的距离的一段圆弧,与阳转子第二齿曲线圆弧b1c1相连;阳转子第四齿曲线圆弧包络线d1a1:阴转子节圆Fj沿阳转子节圆Mj作纯滚动时,由阴转子第四齿曲线圆弧d2a2运动所形成轨迹的包络线,与阳转子第三齿曲线圆弧c1d1相连。
阴转子F的c2d2段与d2a2段的连接点d2点处,两曲线有公切线。d2点在阴转子节圆Fj内,距节圆Fj的距离为0~0.15R1,在0~0.06R1之间为最优。
阳转子M的c1d1段与d1a1段的连接点d1点上,两曲线有公切线。c1d1段的半径R4为0~0.2R1,在0~0.08R1之间为最优。
阳转子F与阳转子M上的圆弧b2c2段与b1c1段的半径(R1-R1j)满足如下条件:(R1-R1j)/R2=0.25~0.60,在0.35~0.55之间为最优。
两转子的a2、b2、c2、a1、b1、c1点处,相邻两曲线光滑过渡,具有公切线。
阳转子M的外径为R1。
阳、阴转子的齿数和(i1+i2)大于7,齿数差不大于2,这里i1、i2为阳、阴转子的齿数。
齿型可为单边不对称和双边不对称型。当齿型是单边不对称时,阴转子F的半径R2等于阴转子节圆Fj的半径R2j。当齿型是双边不对称时,阴转子F的半径R2满足:R2-R2j=0~0.15R1,在R2-R2j=0~0.08R1时最优。
在阳转子M的半径R1及阳、阴转子的齿数i1、i2确定后,根据条件:A=R1j+R2j,R2-R2j=0~0.15R1,(R1-R1j)/R2=0.25~0.60,R1j/R2j=阳阴转子齿数比,可以确定阴阳转子的中心距A。
四.附图说明
下面附图对方案(一)的齿型创生过程作详细的说明:图1是螺杆压缩机转子单边不对称齿型示例,阳、阴转子的齿数比为5∶6。
图2是螺杆压缩机转子双边不对称齿型示例,阳、阴转子的齿数比为5∶6。
五.具体实施方式
根据图1、图2所示的螺杆压缩机转子齿型,阴转子F的型线由a2b2、b2c2、c2d2、d2a2四段组成,阳转子M的型线由a1b1、b1c1、c1d1、d1a1四段组成。
首先确定压缩机系列尺寸R1。然后确定阴阳转子的齿数。然后根据条件:A=R1j+R2j,R2-R2j=0~0.15R1,(R1-R1i)/R2=0.25~0.60,R1j/R2j=阳阴转子齿数比,可以确定阴阳转子节圆Fj、Mj的半径R2j、R1j,两转子的中心距A,阴转子F的半径R2。
以节圆交点P为圆心,以(R1-R1j)为半径作出阴阳转子型线段b2c2、b1c1。
若给出阳转子M上c1d1段的半径R4为0~0.2R1中的一个数值,圆心O4在O1O2连线上,以R4为半径,可作出与b1c1段相切的圆弧c1d1,由c1d1可作出阴转子上的圆弧包络线c2d2,因d2点距离节圆Fj为0~0.15R1中的一个数,所以d2点的位置可被确定。
由阴转子上d2a2段与c2d2段在d2点相切,及d2a2段与阴转子齿顶圆在a2点相切的条件,可以确定d2a2的圆心的位置O3点,半径R3,位置角φO3,则可作出d2a2段。
根据阴转子的d2a2段,在阳转子M上可以作出圆弧包络线d1a1段。
根据阴转子F的齿数,可以确定阴转子的一个齿槽单元的圆心角(φO3+φO5),从而在阴转子F上确定直线O2O5a2的位置,从P点作直线O2O5a2的垂直线Pb2O5,与b2c2交于b2点,与直线O2O5a2交于O5点,这样以O5点为中心,以O5a2、O5b2为半轴,可作出四分之一椭圆段a2b2。
根据阴转子F上a2b2段,可在阳转子M上作出椭圆包络线a1b1段。
这样,螺杆压缩机阴阳转子的端面齿型就完全作出了。
当按照方案(二)实施时,可以在阳转子齿顶加上半径为R1、圆心角为α1的齿顶圆弧,在阴转子齿根加上半径为(A-R1)、圆心角为α2的齿根圆弧,其中,α1α2=i2i1,]]>i1、i2为阳、阴转子的齿数。此时螺杆端面齿型由五段齿曲线组成。
当按照方案(三)实施时,可以在阴转子齿顶加上半径为R2、圆心角为β2的齿顶圆弧,在阳转子齿根加上半径为(A-R2)、圆心角为β1的齿根圆弧,其中,β1β2=i2i1,]]>i1、i2为阳、阴转子的齿数。此时螺杆端面齿型由五段齿曲线组成。
当按照方案(四)实施时,可以在阳转子齿顶加上半径为R1、圆心角为α1的齿顶端面圆弧,在阴转子齿根加上半径为(A-R1)、圆心角为α2的齿根圆弧,其中,α1α2=i2i1,]]>i1、i2为阳、阴转子的齿数;在阴转子齿顶加上半径为R2、圆心角为β2的齿顶圆弧,在阳转子齿根加上半径为(A-R2)、圆心角为β1的齿根圆弧,其中,β1β2=i2i1,]]>i1、i2为阳、阴转子的齿数。此时螺杆端面齿型由六段齿曲线组成。
所要说明的是:以上所述附图和说明,仅为本发明常用的比较理想的实施示例,并非限制本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种螺杆压缩机转子端面齿型,其特征在于:螺杆端面齿型包含三段圆弧性质、一段椭圆性质的齿曲线,相邻的两段齿曲线在连接点处具有公切线,当端面齿型只由三段圆弧性质、一段椭圆性质的齿曲线组成时,其组成如下:(1)阴转子(F)的型线组成:阴转子第一齿曲线椭圆弧(a2b2):是椭圆心(O5)在阴转子节圆(Fj)内的四分之一椭圆;阴转子第二齿曲线圆弧(b2c2):是圆心在阴转子节圆(Fj)、阳转子节圆(Mj)的交点(p)上的一段半径为(R1-R1j)的圆弧,它与第一齿曲线椭圆弧(a2b2)相连,其中,R1为阳转子齿顶圆半径,R1j为阳转子节圆半径;阴转子第三齿曲线圆弧包络线(c2d2):是当阳转子节圆(Mj)沿阴转子节圆(Fj)作纯滚动时,由阳转子(M)上的圆心(O4)在阴阳转子中心连线(O1O2)上、半径(R4)等于该圆心(O4)到齿顶圆之间的距离的圆弧(c1d1)运动所形成轨迹的包络线,与阴转子第二齿曲线圆弧(b2c2)相连;阴转子第四齿曲线圆弧(d2a2):是圆心(O3)位于阴转子节圆(Fj)内、半径(R3)等于该圆心(O3)到齿顶圆之间的距离的一段圆弧,与阴转子第三齿曲线圆弧包络线(c2d2)相连;(2)阳转子(M)的型线组成:阳转子第一齿曲线椭圆包络线(a1b1):是当阴转子(F)节圆(Fj)沿阳转子(M)节圆(Mj)作纯滚动时,由阴转子第一齿曲线——椭圆弧(a2b2)运动所形成轨迹的包络线;阳转子第二齿曲线圆弧(b1c1):是圆心在阴转子节圆(Fj)、阳转子节圆(Mj)的交点(p)上的一段半径为(R1-R1j)的圆弧,与阳转子第一齿曲线椭圆包络线(a1b1)相连,其中,R1为阳转子齿顶圆半径,R1j为阳转子节圆半径;阳转子第三齿曲线圆弧(c1d1):是圆心(O4)位于阳转子节圆(Mj)内、半径(R4)等于该圆心(O4)到齿顶圆之间的距离的一段圆弧,与阳转子第二齿曲线圆弧(b1c1)相连;阳转子第四齿曲线圆弧包络线(d1a1):阴转子节圆(Fj)沿阳转子节圆(Mj)作纯滚动时,由阴转子第四齿曲线圆弧(d2a2)运动所形成轨迹的包络线,与阳转子第三齿曲线圆弧(c1d1)相连。
2.根据权利要求1所述的螺杆压缩机转子端面齿型,其特征在于:在权利要求1的四段齿曲线的基础上,在阳转子齿顶加上齿顶圆弧,在阴转子齿根加上齿根圆弧,其中,α1α2=i2i1,]]>α1为阳转子所加齿顶圆弧的圆心角,α2阴转子所加齿根圆弧的圆心角,i1、i2为阳、阴转子的齿数,这样阴阳螺杆转子的组成齿曲线均为五段。
3.根据权利要求1所述的螺杆压缩机转子端面齿型,其特征在于:在权利要求1的四段齿曲线的基础上,在阴转子齿顶加上齿顶圆弧,在阳转子齿根加上齿根圆弧,其中,β1β2=i2i1,]]>β1为阳转子所加齿根圆弧圆心角,β2为阴转子所加齿顶圆弧的圆心角,i1、i2为阳、阴转子的齿数,这样阴阳螺杆转子的组成齿曲线均为五段。
4.根据权利要求1所述的螺杆压缩机转子端面齿型,其特征在于:在权利要求1的四段齿曲线的基础上,在阳转子齿顶加上齿顶圆弧和齿根圆弧,在阴转子齿根加上齿根圆弧和齿顶圆弧,其中,α1α2=i2i1,]]>β1β2=i2i1,]]>α1、β1分别为阳转子所加齿顶圆弧和齿根圆弧的圆心角,α2、β2为阴转子所加齿根圆弧和齿顶圆弧的圆心角,i1、i2为阳、阴转子的齿数,这样阴阳转子的组成齿曲线均为六段。
5.根据权利要求1至4之一所述的螺杆压缩机转子端面齿型,其特征在于:在阴转子(F)上的两相邻的组成齿曲线的连接点处,均光滑过渡,不存在尖点,即具有公切线。
6.根据权利要求1至4之一所述的螺杆压缩机转子齿型,其特征在于:阴转子第二齿曲线圆弧(b2c2)与阳转子第二齿曲线圆弧(b1c1)的半径为(R1-R1j),且满足(R1-R1j)/R2=0.25~0.60,式中R1为阳转子顶圆半径,R1j为阳转子节圆半径,式中R2为阴转子顶圆半径。
7.根据权利要求1至4之一所述的螺杆压缩机转子端面齿型,其特征在于:阴转子第四齿曲线圆弧(d2a2)上的端点(d2)距离阴转子节圆(Fj)的距离为0~0.15R1;阳转子第三齿曲线圆弧(c1d1)的半径R4=0~0.2R1,式中R1为阳转子顶圆半径。
8.根据权利要求1至4之一所述的螺杆压缩机转子端面齿型,其特征在于:阴、阳转子的齿数和(i1+i2)大于7,齿数差不大于2,i1、i2为阳、阴转子的齿数。
9.根据权利要求1至4之一所述的螺杆压缩机转子端面齿型,其特征在于:齿型有单边不对称和双边不对称型两种类型;当齿型是单边不对称时,阴转子(F)的齿顶圆半径(R2)等于阴转子节圆(Fj)的半径(R2j);当齿型是双边不对称时,阴转子(F)的齿顶圆半径(R2)满足:R2-R2j=0~0.15R1,式中R1为阳转子顶圆半径,式中R1为阳转子顶圆半径,R2j为阴转子节圆半径,R2为阴转子顶圆半径。
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C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C56 Change in the name or address of the patentee

Owner name: SHANGHAI SIKELUO COMPRESSOR CO., LTD.

Free format text: FORMER NAME OR ADDRESS: LI HANQIANG; XIAO WENWEI

CP03 Change of name, title or address

Address after: Shanghai, Jinshan Industrial Zone, No. 1555 Ting Feng Road, zip code: 201504

Patentee after: Shanghai Screw Compressor Co., Ltd.

Address before: 801, room 84, new times garden, 1100 lane, Gu Dai Road, Shanghai, zip code: 201102

Co-patentee before: Xiao Wenwei

Patentee before: Li Han Qiang

LIC Patent licence contract for exploitation submitted for record

Free format text: EXCLUSIVE LICENCE; TIME LIMIT OF IMPLEMENTING CONTACT: 2008.9.4 TO 2013.9.4

Name of requester: SHANGHAI SIKELUO COMPRESSOR CO., LTD.

Effective date: 20080909

EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract

Assignee: Shanghai Screw Compressor Co., Ltd.

Assignor: Li Hanqiang|Xiao Wenwei

Contract fulfillment period: 2008.9.4 to 2013.9.4 contract change

Contract record no.: 2008310000027

Denomination of invention: Rotor tooth profile for helical-lobe compressor

Granted publication date: 20071128

License type: Exclusive license

Record date: 2008.9.9