CN101397913A - 螺旋转子及其齿形的形成方法 - Google Patents

Abstract

本发明为螺旋转子及其齿形的形成方法，特指该螺旋转子的齿形先预设其顶圆、节圆及底圆，并将其齿形分成各一端相连的两曲线、及连于该两曲线另一端之间的摆线，其中一曲线包括其两边为底圆圆弧与节圆圆弧所形成的边弧、各又切于该两边弧的内弧、以及相切于该两内弧的线段所形成，另一曲线则由前述曲线以共轭、镜射方式所形成，复该摆线则由顶圆上的一点同样以共轭、镜射方式所形成，所完成的两相对应啮合、又不相互干涉的螺旋转子，不会有回吹现象的发生，能有效防止流体的回泄，同时齿形形成的方式更有利于刀具切削时均匀受力、降低刀具的损耗，进而提高加工的精度，且使加工容易度的提升、缩短加工时间。

Description

螺旋转子及其齿形的形成方法

技术领域

本发明是提供螺旋转子的齿形的形成方法，以提高流体输送的效能，并让转子的齿形加工容易化、缩短工艺、提高加工的精度及降低成本。

背景技术

一般输送流体的泵内部都设有两相对应啮合的转子，而由两转子的相对转动把流体吸入后，再由另一侧送出，进而达成流体输送的目的，而前述转子齿形的种类，是依据使用场合或目的而有各种不同的型式，其中有螺旋式的转子如US5,697,772及US6,129,535专利，都是螺旋转子的齿形的成形方法，其目的都是为了达到两相对转子啮合时，可避免相互的干扰及增进泵的效能。

前述US5,697,772的齿形的形成方法，是预设已知的齿根圆弧、齿顶圆弧及连结于该两圆弧两端之间的两曲线所形成，而其中一曲线是由预设的假想齿条，经由函数的计算后而求得，另一曲线则是由齿顶上的一点所产生的次摆线所形成，但其中该由假想齿条配合函数计算所求得的曲线，该函数的获得与计算的过程，麻烦不易以外，其所形成的齿形在执行加工时，因受到齿与齿之间节距过窄的限制，使加工的刀具瘦弱而容易发生振动与损耗，不但造成加工上的困难、且也会影响加工的精度。

另US6,129,535专利也是预设已知的齿根圆弧、齿顶圆弧及连结于该两圆弧两端之间的两曲线所形成，但由其方法所形成的齿形，虽然亦避免对应啮合的转子的相互干涉，可是却会在两者之间的特定处会产生回吹孔，进而导致流体的回泄，使泵对流体的输送效能受到严重的影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种螺旋转子及其齿形的形成方法，以改善前述螺旋转子的齿形加工上的不易、加工精度无法提升及会有回吹的现象发生等问题。

为实现上述目的，本发明提供的螺旋转子，该螺旋转子的齿形先预设其顶圆、节圆及底圆，并将其齿形分成同侧对应端相连的第一曲线与第二曲线、及连于该第一曲线与第二曲线另一侧相对端之间的摆线，其中该第一曲线包括其两边各有一边弧、一切于其中较大半径的边弧的内弧、以及一相切该内弧与对应侧的边弧线段所连结形成；另该第二曲线则由前述的第一曲线以共轭、镜射方式所形成；复该摆线则由顶圆上的一点以共轭、镜射方式所产生形成。

所述的螺旋转子，其中，该第一曲线与第二曲线相对且各占一百八十度。

所述的螺旋转子，其中，该第一曲线两边的边弧可为一底圆圆弧与一节圆圆弧。

所述的螺旋转子，其中，该第一曲线两边的边弧可为一顶圆圆弧与一节圆圆弧。

所述的螺旋转子，其中，该切于第一曲线其中一边边弧的内弧，其对应之侧的边弧亦可再做与该边弧相切的内弧，然后再于该两邻近相对的内弧之间设由相切的线段连结。

所述的螺旋转子，其中，在内弧与边弧之间再做一内弧，并在该内弧与两侧的内弧及边弧之间各做一相切的线段连结，且也可再依相同的手法连续于邻近的边弧与内弧及邻近的两内弧之间，做出一内弧及与的相切的线段。

所述的螺旋转子，其中，在两相对的内弧之间再做一内弧，并在该内弧与两侧的内弧之间各做一相切的线段连结，且也可再依相同的手法连续于各邻近的两内弧之间做出一内弧及与之相切的线段。

本发明提供的螺旋转子的齿形的形成方法，该齿形包括同侧对应端相连的第一曲线与第二曲线、及连于第一曲线与第二曲线另一侧相对端之间的摆线所形成，而各曲线形成的方法包括下列步骤：

a)依预定的空间及吸排量大小，设定转子的齿形的顶圆、节圆及底圆；

b)由底圆一侧取一预定夹角而获得一较小半径的边弧，在对应于该边弧的另一边，依节圆取一预定夹角而获得另一较大半径的边弧，复在较大半径的边弧上又做一与其相切的内弧，然后在内弧与对应侧的边弧之间做一相切的线段，进而由上述各段边弧、内弧及线段连结形成一第一曲线；

c)上述第一曲线以其齿形中心自转，并同时在所对应啮合的转子上公转，使由该第一曲线移动所形成的轨迹，做水平镜射，再做垂直镜射后，进而形成一平滑延续连结的第二曲线；

d)取在顶圆上的一点，并令该点以其齿形中心做自转，同时在对应啮合的转子上公转，使由该点移动形成的轨迹，做水平镜射，再做垂直镜射后，进而形成一连结于第一曲线与第二曲线之间的摆线。

所述的螺旋转子的齿形的形成方法，其中，第一曲线的一边是由节圆一侧取一预定的夹角而获得一较小半径的边弧，而另一边是由顶圆取一预定夹角而获得另一较大半径的边弧，复在较大半径的边弧上又做一与其相切的内弧，然后在内弧与对应侧的边弧之间做一相切的线段，进而由上述各段边弧、内弧及线段连结形成。

所述的螺旋转子的齿形的形成方法，其中，切于该较大半径边弧的内弧，界定为一圆弧，且形成该内弧的圆整个被节圆所涵盖，但又不会将整个底圆涵盖住。

所述的螺旋转子的齿形的形成方法，其中，该切于该较大半径边弧的内弧，界定为一圆弧，且形成该内弧的圆整个被顶圆所涵盖，但该圆又不会将节圆整个涵盖住。

所述的螺旋转子的齿形的形成方法，其中，该第一曲线的一边较小半径的边弧上，可再做一与其相切的内弧，再由该内弧及与切于较大半径的边弧的内弧之间做一相切的线段连结。

所述的螺旋转子的齿形的创作方向，其中，该较小半径边弧上所切设的内弧，界定为一圆弧，且形成该内弧的圆不会将相对邻近的内弧整个涵盖住。

所述的螺旋转子的齿形的形成方法，其中，该第一曲线上的较小半径边弧与邻近的内弧之间再做另一内弧，并在该内弧与边弧之间及两内弧之间各做一相切的线段连结，并也可再依相同的手法连续于邻近的边弧与内弧及邻近的两内弧之间，做出一内弧及与之相切的线段。

所述的螺旋转子的齿形的形成方法，其中，在两相对的内弧之间再做一内弧，并在该内弧与两侧的内弧之间各做一相切的线段连结，且也可再依相同的手法连续于各邻近的两内弧之间做出一内弧及与之相切的线段。

由本发明的齿形的形成的技术手法，使得完成的两相对应啮合、不相互干涉的螺旋转子，不会有回吹孔产生外，更利于加工时的刀具的受力均匀，且让加工更为容易而缩短加工时间、提高加工的精度者。

附图说明

图1是本发明的泵的整体示意图。

图2是本发明螺旋转子的齿形示意图。

图3是本发明的齿形其中第一曲线的形成示意图。

图4是本发明的齿形的第二曲线形成后的示意图。

图5是本发明的齿形的摆线形成的步骤示意图。

图6是本发明的齿形的摆形成后的示意图。

图7是本发明螺旋转子的侧面剖视图。

图8是本发明螺旋转子的齿形的第二实施例示意图。

图9是本发明第二实施例的第一曲线形成示意图。

图10是本发明第二实施例的第二曲线形成示意图。

图11是本发明的齿形的第一曲线的形成实施例三。

图12是本发明的齿形的第一曲线的形成实施例四。

图中标记符号：

A、B：转子，

a：第一曲线，

b：第二曲线，

c：摆线，

E：包络线，

L₁、L₂：直线，

l₄₅、l_i4、l_ij、l_k4、l_iml_nj、l_kx、l_y4：线段，

O_a、O_b：齿形中心，

r₁₂、r₂₃、r₄₅、r₆₇：边弧，

O₁、O₂：中心，

r_2i、r₃₄、r₅₆、r_jk、r_mn、r_xy：内弧，

R_p：节圆，

R_r：底圆，

R_t：顶圆，

T：摆线，

α、β、γ：夹角

具体实施方式

本发明可由下列实施例并配合附图，而获得充分的了解，并据以实施。

请参阅图1、2所示，包括机体1内设有两相对应啮合旋转的螺旋转子A、B，其中该螺旋转子A的齿形是由复数段的曲线所连结而成，而该形成齿形的曲线包括两同侧对应端连结的第一曲线a及第二曲线b，及该第一与第二曲线a、b的另一侧之间设由一摆线c连结，另螺旋转子B的齿形是与螺旋转子A的齿形相对应设置。

其中，该螺旋转子A的齿形的形成方法，如图3所示，是依据预定的空间及吸排量而预设齿的顶圆R_t、节圆R_p及底圆R_r，其中该第一曲线a两边的其中一边为底圆R_r取预定夹度α，而使在点2与3之间获得一较小半径的边弧r₂₃，另一边则为节圆R_p取预定夹角γ而使在点6与7获得一较大半径的边弧r₆₇，然后再依所取的角度α与γ各做一通过齿形中心O_a的直线L₁与L₂，使在介于直线L₁与L₂之间的夹角β内做出另一平滑的曲线，

且α+β+γ＝180°

而该夹角β内的曲线包括沿着直线L₁上，取一中心O₁以r₁为半径所做的切于边弧r₂₃的圆弧的内弧r₃₄，而形成内弧r₃₄的圆不会将相对邻近内弧r₅₆完全涵盖住，另内弧r₅₆由沿着直线L₂上所取的一中心O₂以为半径r₂做出一切于边弧r₆₇的圆弧所形成，同时该形成内弧r₅₆的圆整个被节圆R_p所涵盖，但该圆又不会将整个底圆R_r涵盖，然后在内弧r₃₄与内弧r₅₆之间做出一相切的线段l₄₅，所以由：

r₂₃+r₃₄+l₄₅+r₅₆+r₆₇而获得该第一曲线a

复，请配合图4所示，令第一曲线a以其转子A本身的齿形中心O_a自转外，同时于对应啮合的转子B上公转，令该第一曲线a在转子B上形成的轨迹的包络线E(即为共轭方式)，做水平镜射后，再做垂直镜射，进而在转子A上获得所须的第二曲线b。

另外如图5、6所示，取在转子A前述形成的第一曲线a的夹角α起始的顶圆R_t上的一点，同样令转子A以其本身的齿形中心O_a做自转外，也于对应啮合的转子B上公转，令该点在转子B上形成由该点移动的轨迹所连成的平滑摆线T，然后将该摆线T做水平镜射后，再做垂直镜射，进而在转子A上获得所须的摆线c。

故，由上述形成方法所形成的两第一及第二曲线a、b及摆线c连结而成转子A的齿形，而转子B的齿形则是转子A的齿形对应镜射设置，所以当两转子A、B啮合相对旋转时，不但完全不会发生干涉外，且无论两者旋转到任何角度，齿与齿之间也都不会产生回吹孔，进而可以避免流体在压送过程发生回泄的现象，使泵的吸排效率高而稳定。

同时，形成上述螺旋转子A、B的齿形，不但形成的方法简单容易，而且让齿形的加工更为容易，缩短加工的时间外，并令加工齿形的刀具在切削时所受的力均匀、大幅减少刀具的振动，使得刀具的损耗可以降到最低，进而提高加工的准确度与精密度；其次，可由调整上述夹角α的大小，来改变螺旋转子的顶圆处的宽度W(如图7所示)，以减小动态平衡的偏移量，使得在实际生产上可调配出最佳动态平衡的转子，让转子可以在更高转速的情形下运作。

此外，如图8、9所示，该螺旋转子A的齿形的第一曲线a可由顶圆Rt处起始形成，接着再延续至底圆R_r处而形成第二曲线b，然后在第一曲线a与第二曲线b之间由一摆线c连结，其中摆线c的形成如前述方法，在此不再赘述，而该第一曲线a的两边同样是取预设的夹角α与γ，使在顶圆R_t及节圆R_p上获得边弧r₁₂与r₄₅，然后又在沿着夹角α的直线上，做一与边弧r₁₂相切的内弧r_2i，复在内弧r₂i与边弧r₄₅之间由一相切的线段l_i4连结，进而由r₁₂+r_2i+l_i4+r₄₅而获得该第一曲线a；其次，如图10所示，该第二曲线同样是以第一曲线a以其转子A本身的齿形中心O_a自转外，同时于对应啮合的转子B上公转，令该第一曲线a在转子B上形成的轨迹的包络线(即为共轭方式)，做水平镜射后，再做垂直镜射，进而在转子A上获得所须的第二曲线b。

另外，如图11所示，该第一曲线a除了包括有如上述的边弧r₁₂、内弧r_2i及边弧r₄₅外，更可在内弧r_2i与边弧r₄₅之间做一为圆弧的内弧r_jk，并在内弧r_2i与内弧r_jk、内弧r_jk与边弧r₄₅之间再各做相切的线段l_ij，l_k4，进而由r₁₂+r₂i+l_ij+r_jk+l_k4+r₄₅而获得该平滑的第一曲线a；或者，又如图12所示，在前述的r_2i与r_jk之间以及r_jk与r₄₅之间，各做一为圆弧的内弧r_mn，r_xy，然后又在各内弧r_2i与r_mn、r_mn与r_jk、r_jk与r_xy以及r_xy与r₄₅之间再各做相切的线段l_im，l_nj，l_kx及l_y4，进而由r₁₂+r_2i+l_im+r_mn+l_nj+r_jk+l_kx+r_xy+l_y4+r₄₅而获得该平滑的第一曲线a。

Claims (15)

1、一种螺旋转子，该螺旋转子的齿形先预设其顶圆、节圆及底圆，并将其齿形分成同侧对应端相连的第一曲线与第二曲线、及连于该第一曲线与第二曲线另一侧相对端之间的摆线，其中该第一曲线包括其两边各有一边弧、一切于其中较大半径的边弧的内弧、以及一相切该内弧与对应侧的边弧线段所连结形成；另该第二曲线则由前述的第一曲线以共轭、镜射方式所形成；复该摆线则由顶圆上的一点以共轭、镜射方式所产生形成。

2、根据权利要求1所述的螺旋转子，其中，该第一曲线与第二曲线相对且各占一百八十度。

3、根据权利要求1所述的螺旋转子，其中，该第一曲线两边的边弧可为一底圆圆弧与一节圆圆弧。

4、根据权利要求1所述的螺旋转子，其中，该第一曲线两边的边弧可为一顶圆圆弧与一节圆圆弧。

5、根据权利要求1所述的螺旋转子，其中，该切于第一曲线其中一边边弧的内弧，其对应之侧的边弧亦可再做与该边弧相切的内弧，然后再于该两邻近相对的内弧之间设由相切的线段连结。

6、根据权利要求1所述的螺旋转子，其中，在内弧与边弧之间再做一内弧，并在该内弧与两侧的内弧及边弧之间各做一相切的线段连结，且也可再依相同的手法连续于邻近的边弧与内弧及邻近的两内弧之间，做出一内弧及与的相切的线段。

7、根据权利要求5所述的螺旋转子，其中，在两相对的内弧之间再做一内弧，并在该内弧与两侧的内弧之间各做一相切的线段连结，且也可再依相同的手法连续于各邻近的两内弧之间做出一内弧及与之相切的线段。

8、一种螺旋转子的齿形的形成方法，该齿形包括同侧对应端相连的第一曲线与第二曲线、及连于第一曲线与第二曲线另一侧相对端之间的摆线所形成，而各曲线形成的方法包括下列步骤：

a)依预定的空间及吸排量大小，设定转子的齿形的顶圆、节圆及底圆；

b)由底圆一侧取一预定夹角而获得一较小半径的边弧，在对应于该边弧的另一边，依节圆取一预定夹角而获得另一较大半径的边弧，复在较大半径的边弧上又做一与其相切的内弧，然后在内弧与对应侧的边弧之间做一相切的线段，进而由上述各段边弧、内弧及线段连结形成一第一曲线；

c)上述第一曲线以其齿形中心自转，并同时在所对应啮合的转子上公转，使由该第一曲线移动所形成的轨迹，做水平镜射，再做垂直镜射后，进而形成一平滑延续连结的第二曲线；

d)取在顶圆上的一点，并令该点以其齿形中心做自转，同时在对应啮合的转子上公转，使由该点移动形成的轨迹，做水平镜射，再做垂直镜射后，进而形成一连结于第一曲线与第二曲线之间的摆线。

9、根据权利要求8所述的螺旋转子的齿形的形成方法，其中，第一曲线的一边是由节圆一侧取一预定的夹角而获得一较小半径的边弧，而另一边是由顶圆取一预定夹角而获得另一较大半径的边弧，复在较大半径的边弧上又做一与其相切的内弧，然后在内弧与对应侧的边弧之间做一相切的线段，进而由上述各段边弧、内弧及线段连结形成。

10、根据权利要求8所述的螺旋转子的齿形的形成方法，其中，切于该较大半径边弧的内弧，界定为一圆弧，且形成该内弧的圆整个被节圆所涵盖，但又不会将整个底圆涵盖住。

11、根据权利要求9所述的螺旋转子的齿形的形成方法，其中，该切于该较大半径边弧的内弧，界定为一圆弧，且形成该内弧的圆整个被顶圆所涵盖，但该圆又不会将节圆整个涵盖住。

12、根据权利要求8或9所述的螺旋转子的齿形的形成方法，其中，该第一曲线的一边较小半径的边弧上，可再做一与其相切的内弧，再由该内弧及与切于较大半径的边弧的内弧之间做一相切的线段连结。

13、根据权利要求12所述的螺旋转子的齿形的创作方向，其中，该较小半径边弧上所切设的内弧，界定为一圆弧，且形成该内弧的圆不会将相对邻近的内弧整个涵盖住。

14、根据权利要求8或9所述的螺旋转子的齿形的形成方法，其中，该第一曲线上的较小半径边弧与邻近的内弧之间再做另一内弧，并在该内弧与边弧之间及两内弧之间各做一相切的线段连结，并也可再依相同的手法连续于邻近的边弧与内弧及邻近的两内弧之间，做出一内弧及与之相切的线段。

15、根据权利要求12所述的螺旋转子的齿形的形成方法，其中，在两相对的内弧之间再做一内弧，并在该内弧与两侧的内弧之间各做一相切的线段连结，且也可再依相同的手法连续于各邻近的两内弧之间做出一内弧及与之相切的线段。

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