CN100526608C - 爪式转子的三爪及三爪以上设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种爪式转子的三爪及三爪以上设计方法，该方法以参数化设计出相互共轭啮合的定义转子与共轭转子，包含：曲线E、圆弧A、圆弧B、圆弧F、圆弧C及直线Y等定义转子的单爪外形曲线，再经由该单爪外形曲线复制N-1份(N为叶片数，N大于或等于3)，并依序分别旋转360/N度至(N-1)360/N度，而可取得三爪或三爪以上的定义转子，另，共轭转子的外形则由定义转子各定义曲线的共轭曲线组成，当运用于须进行周期性循环膨胀、压缩运动的机械上，通过上述不同线形作平滑连接，能够在工作腔室膨胀压缩运转过程解决会有噪音与震动的现象，并提供具有较高压缩比与输送容积。

Description

爪式转子的三爪及三爪以上设计方法

技术领域

本发明涉及一种爪式转子的三爪及三爪以上设计方法，其是中国台湾发明专利申请案第94124780号(美国发明专利申请第11/214,876号)的追加专利申请，该方法能以参数化取得相互共轭啮合的定义转子与共轭转子的三爪或三爪以上，且能以不同参数定义并评估求出最佳共轭啮合的转子性能，从而提供具有较高压缩比与输送容积，而于运动过程不会产生噪音及震动的效果。

背景技术

公知爪式转子的构造型式概可分为单叶片、双叶片及三叶片等，通过同一型式叶片相互啮合的定义转子与共轭转子，进行叶片相互啮合旋转以提供需进行膨胀、压缩周期性循环运动的机械上，公知相关爪式转子的构造可参考美国专利案第1,426,820、4,138,848、4,224,016、4,324,538、4,406,601、4,430,050以及5,149,256号等。该等公知爪式转子的构造普遍是采用两叶片的啮合型态，其共同的瑕疵在于两叶片的曲线在尖部形成不连续，因而，当运用于须进行膨胀、压缩周期性循环运动的机械上，该定义转子、共轭转子及腔壁间的工作腔室，通过两转子啮合转动产生的膨胀压缩过程，当运用于须进行进、排气周期性循环压缩运动的机械上，该定义转子与共轭转子及腔壁间的工作腔室从无效压缩至开始膨胀进气的过程，两爪会在该尖部运转不顺畅，而会有噪音与震动的现象产生。简言之，爪式转子的叶片在尖部的曲线不顺畅，将造成两叶片相互啮合性不佳，而在膨胀压缩过程产生噪音与震动，或造成因不当的啮合所产生的摩耗，而降低使用寿命。

鉴于此，上述中国台湾发明专利申请案第94124780号(美国发明专利申请第11/214,876号)已揭露一种能够由不同参数定义取得相互啮合的定义转子与共轭转子，当运用于须进行进、排气周期性循环压缩运动的机械上，于膨胀压缩过程由不同线形作平滑连接，以解决在运转的过程会有噪音与震动的现象。

发明内容

本发明的目的是提供一种爪式转子的三爪及三爪以上设计方法，该方法除能以参数化取得相互共轭啮合的定义转子与共轭转子的三爪及三爪以上，依该方法所设计出的三爪或三爪以上转子，当运用于须进行周期性循环膨胀、压缩运动的机械上，能提高压缩比与输送容积，且在运转的过程不会有噪音与震动的产生。

本发明爪式转子的三爪及三爪以上设计方法是包含：曲线E、圆弧A、圆弧B、圆弧F、圆弧C及直线Y等定义转子的单爪外形曲线，再经由该单爪外形曲线复制N-1份(N为叶片数，N大于或等于3)，并依序分别旋转360/N度至(N-1)360/N度，以取得三爪或三爪以上的定义转子，而共轭转子的外形则由定义转子各定义曲线的共轭曲线组成，其特征在于：

该圆弧F的圆心t4在相对于定义转子的圆心t1的方向角Δθ＝360/N上，其半径等于定义转子最大半径(r_F＝R)；圆弧F的起始点P₅在定义转子的圆心t1与圆弧F圆心t4的延伸线段h3上、另一端点P₄的位置由圆弧F的圆心角β决定。

另，该圆弧C的圆心t5在圆弧F的圆心t4与通过点P₄的延伸线段h4上，其半径r_C，是由如下公式取得：

(注：R＝定义转子的最大半径；D＝定义转子宽度)

$r_C+(R+r_C)\sin \mathrm{\β}=\frac{D}{2}$

$r_C=\frac{D/2-R\sin \mathrm{\β}}{1+\sin \mathrm{\β}}$

附图说明

图1为本发明爪式转子的三爪及三爪以上设计方法形成端点共轭曲线的示意图。

图2为本发明爪式转子的三爪及三爪以上设计方法形成定义转子的三爪外形的示意图。

图3为本发明爪式转子的三爪及三爪以上设计方法形成共轭转子的三爪外形的示意图。

图4至6为本发明四爪、五爪及六爪的定义转子实施例。

图7为本发明爪式转子的单爪设计方法中定义转子的厚度D分别为55，60，65，70，75，80mm；圆心角α为6度、圆心角β为6度时，定义转子与共轭转子的三爪外形变化的示意图。

附图标记说明：

定义转子                1，1’，1”，1”’

共轭转子                2，2’，2”，2”’

最大半径                R              定义转子宽度           D

节圆半径                Rp             直线                   Y

圆心                    t1，t2，t3，t4，t5

水平线                  h1，h2，h3，h4          方向角        Δθ

点                      P₀，P₁，P₂，P₃，P₄，P₅，P₆，P₇，P₈

圆心角                  α，β          半径         r_B，r_C，r_F

曲线                    E，E’        圆弧         A，B，C，F

具体实施方式

请参阅图1至3为本发明取得三爪的定义转子1与共轭转子2的方法，如图所示，该定义转子1的三爪外形取得包括如下步骤：

1.请参阅图1，指定定义转子最大半径R＝60mm、定义转子宽度D＝65mm、定义转子及共轭转子的节圆半径Rp＝40mm(定义转子最大半径R与节圆半径Rp的比例为R＝3Rp/2)，此二节圆的圆心分别为t1及t3。

2.取节圆的圆心t1作为定义转子的圆心，通过一水平线h1，并在该水平线h1上取得一点P₀，此点P₀与圆心t1的水平距离为R，由该点P₀绕节圆圆心t1产生共轭曲线E’，该曲线E’相对于节圆交点P₇的对称曲线E，请配合图2参阅，取曲线E作为转子的叶片一部分。该曲线E在水平线h1上的交点P₈。

3.定义转子外形曲线的另一点P₁，由定义转子圆心t1以半径R及所指定的圆心角α(α＝6°)决定。连接点P₀与P₁可取得圆弧A。

4.取圆心角α的夹边h2，且在该夹边h2上取得一圆心点t2，半径为r_B。

5.该半径r_B由如下公式求得：(其中R＝定义转子的最大半径；即圆心t1至点P₁的长度)

$r_B+(R-r_B)\sin \mathrm{\α}=\frac{D}{2}$

$r_B=\frac{D/2-R\sin \mathrm{\α}}{1-\sin \mathrm{\α}}$

6.求得半径r_B再以圆心t2为圆心，取得圆弧B，该圆弧B的一端点即为点P₁，另一端点为点P₂。

7.另，相对于定义转子圆心t1的120度方向角上取得该圆弧F的圆心t4，其半径r_F为定义转子最大半径R(r_F＝R)，以该半径r_F划弧而取得圆弧F，且t4与t1的距离为2Rp，再于定义转子的圆心t1与圆弧F圆心t4的延伸线段h3上取得圆弧F的端点P₅，并由圆弧F的圆心角β(β＝6°)决定另一端点P₄。

8.圆弧F的圆心t4与通过点P4的延伸线段h₄上，先以如下公式求得圆弧C的圆心t5的半径r_C：

(注：R＝定义转子的最大半径；D＝定义转子宽度)

$r_C+(R+r_C)\sin \mathrm{\β}=\frac{D}{2}$

$r_C=\frac{D/2-R\sin \mathrm{\β}}{1+\sin \mathrm{\β}}$

9.求得半径r_C再以圆心t5为圆心，点P₄为圆弧C的起点划弧。

10.再由圆弧C和圆弧B的外公切线可得圆弧C的另一端点P₃，及圆弧B的另一点P₂。

11.连接点P₂及点P₃为直线Y，即为上述圆弧B和圆弧C的外公切线。

12.定义转子的单爪外形经连接上述的曲线E、圆弧A、圆弧B、圆弧F、圆弧C及直线Y等即可取得。再经由该单爪外形曲线复制2份，并依序旋转120、240角度，即可取得三爪的定义转子1。

另，该共轭转子2是利用上述步骤决定定义转子1的三爪的外形曲线后，再由定义转子中各定义曲线的共轭曲线组成共轭转子2的三爪外形(图3)。因此，通过上述步骤，可取得具有三爪的定义转子1与共轭转子2。

先请参阅图7为本发明双爪式转子的设计方法，其中定义转子最大半径R采用60mm、节圆半径Rp采用40mm、定义转子宽度D值分别采用55，60，65，70，75，80mm、圆心角α为6度、圆心角β为6度的三爪应用例，如图所示在如此条件下，定义转子1与共轭转子2的外形变化，依共轭啮合的特性，该定义转子1的宽度D值最小者(S1)，所对应的共轭转子2的外形是最大者(L1)，如此类推，实际应用上可以视需要作对应的调整。

通过本发明的方法所制出的三爪的定义转子与共轭转子，当运用于须进行膨胀、压缩周期性循环运动的机械上，能提高压缩比与输送容积，且在运转的过程不会有噪音与震动的产生。

续请参阅图4至6，为本发明四爪、五爪及六爪的定义转子1’，1”，1”’与共轭转子2’，2”，2”’的不同实施例，其设计方法与前述三爪的各步骤相同，但是，仅在圆弧F的一端点P₅的Δθ方向角不同，该Δθ为360度除以N爪(360/N)的角度值，即在四爪时为90度方向角(图4；其Rp＝50mm，R＝60mm，D＝70mm，α＝4.5°)、五爪时为72度方向角(图5；其Rp＝50mm，R＝60mm，D＝60mm，α＝4.5°)、六爪时为60度方向角(图6；Rp＝50mm，R＝55mm，D＝65mm，α＝4.5°)。

通过本发明的方法所制出的定义转子与共轭转子的三爪或三爪以上，当运用于须进行膨胀、压缩周期性循环运动的机械上，在相互啮合运转的过程因为以不同曲线经平滑连接，因此，能够使得两转子不会有噪音与震动的现象产生，且具更佳吻合的啮合效果，提高压缩比与输送容积。

以上所述者仅为本发明的较佳实施例而已，大凡依据本发明所为的各种修饰与变化，仍应包含于本案专利申请范围内。

Claims (2)

1.一种爪式转子的三爪及三爪以上设计方法，该方法用于制造相互共轭啮合的定义转子与共轭转子，以参数化设计出包含曲线E、圆弧A、圆弧B、圆弧F、圆弧C及直线Y定义转子的单爪外形曲线，再经由该外形曲线复制N-1份，其中N为叶片数，N大于或等于3，并依序分别旋转360/N度至(N-1)360/N度，取得三爪或三爪以上的定义转子，而共轭转子的外形则由定义转子各定义曲线的共轭曲线组成，其中取得该定义转子的单爪外形曲线的方法包括：

指定定义转子最大半径R、定义转子的宽度D、定义转子与共轭转子的节圆半径Rp及此二节圆的圆心t1，t3，此二节圆中心距为2Rp，Rp小于R，且R与Rp二者有一适当比例；

取节圆的圆心t1作为定义转子的圆心，通过另一节圆的圆心t3作水平线h1，并在该水平线h1上取得一点P₀，该点P₀与圆心t1的水平距离为定义转子最大半径R，由该点P₀绕节圆圆心t1产生共轭曲线E’，曲线E’相对于二节圆交点P₇的对称曲线E，取此曲线E作为转子的叶片一部分，该曲线E在水平线h1上取得交点P₈；

由该水平线h1及定义转子圆心t1，半径为R的圆心角α，决定定义转子运动曲线的另一点P₁，连接前述点P₀与P₁可取得定义转子的叶片外形曲线的圆弧A，且与曲线E平顺连接；

于该圆心角α的夹边h2上取得第二圆心点t2，并经由如下公式求得第二圆心点t2的半径r_B，即：

$r_B+(R-r_B)\sin \mathrm{\α}=\frac{D}{2}$

$r_B=\frac{D/2-R\sin \mathrm{\α}}{1-\sin \mathrm{\α}}$

以点P₁作为圆弧B的一端点，依半径r_B取得圆弧B，圆弧B的一端点即为点P₁，另一端点为点P₂；

该圆弧F的圆心t4在相对于定义转子的圆心t1的方向角Δθ＝360°/N上，其半径等于定义转子最大半径，且圆心t4与圆心t1的距离为2Rp；圆弧F的起始点P₅在定义转子的圆心t1与圆弧F圆心t4连接线段h3上、另一端点P₄的位置由圆弧F的圆心角β决定；

该圆弧C的圆心t5在圆弧F的圆心t4与通过点P4的延伸线段h₄上，其半径r_C，是由如下公式取得：

$r_C+(R+r_C)\sin \mathrm{\β}=\frac{D}{2}$

$r_C=\frac{D/2-R\sin \mathrm{\β}}{1+\sin \mathrm{\β}}$

其中，R＝定义转子的最大半径；D＝定义转子宽度

求得半径r_C再以圆心t5为圆心，点P₄为圆弧C的起点划弧；

取圆弧C和圆弧B的外公切线可得圆弧C的另一端点P₃及圆弧B的另一点P₂；

连接点P₂及点P₃取得直线Y；

将上述的曲线E、圆弧A、圆弧B、圆弧F、圆弧C及直线Y平滑连接即可取得定义转子的单爪外形曲线。

2.如权利要求1所述爪式转子的三爪及三爪以上设计方法，其特征在于，上述三爪的定义转子最大半径R与节圆半径Rp的比例采用R＝3Rp/2。

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