CN102032176B

CN102032176B - 大流量组合线型螺杆泵

Info

Publication number: CN102032176B
Application number: CN2011100214897A
Authority: CN
Inventors: 唐倩; 张元勋; 李忠华; 严迪
Original assignee: Chongqing University
Current assignee: Chongqing University
Priority date: 2011-01-19
Filing date: 2011-01-19
Publication date: 2012-08-22
Anticipated expiration: 2031-01-19
Also published as: CN102032176A

Abstract

本发明公开了一种大流量组合线型螺杆泵，采用主动螺杆和从动螺杆的顶圆半径均大于根圆半径的两倍的结构，具有较深的啮合深度，相对与现有技术的螺杆泵，具有大的齿端面面积，即螺杆工作截面面积增加，进而在相同转速下，流量增加；为了适应于较深的啮合深度并保持具有较好的密封效果，主动螺杆径向截面的齿型线由齿根至齿顶依次为圆弧段、渐开线段和摆线段，从动螺杆径向截面的齿型线由齿根至齿顶依次为摆线段、渐开线段和圆弧段；主动螺杆齿根段与从动螺杆齿顶段为圆弧-圆弧啮合，具有较好的密封效果，从而具有较高的输送效率，节约驱动能源，降低啮合间隙导致的运行噪声，齿形更利于成型刀具的设计及达到螺杆的高精度、高效率加工。

Description

大流量组合线型螺杆泵

技术领域

本发明涉及一种螺杆泵，特别涉及一种较大流量的螺杆泵。

背景技术

螺杆泵是利用螺杆的回转来吸排液体的。螺杆泵分为单螺杆泵和多螺杆泵，多螺杆泵一般包括主动螺杆和与之配合的从动螺杆，主动螺杆由原动机带动回转，从动螺杆随主动螺杆作反向旋转。

螺杆泵是通过主动螺杆和从动螺杆的相互啮合以及螺杆与衬筒内壁的密封配合，在泵的吸入口和排出口之间，会被分隔成若干密封空间。随着螺杆的转动和啮合，这些密封空间在泵的吸入端不断形成，将吸入室中的液体封入其中，并自吸入室沿螺杆轴向连续地推移至排出端，将封闭在各空间中的液体不断排出。由于螺杆泵是通过主动螺杆和从动螺杆之间的啮合提供输送动力，因而，主动螺杆和从动螺杆之间啮合后达到的密封程度是输送液体效率的关键因素。同时，啮合深度是提高液体输送量的主要原因之一，理论上主动螺杆和从动螺杆之间的啮合深度越深，则打液流量则更大，但是，较大的啮合深度则会是主动螺杆和从动螺杆啮合后由于径向截面的啮合线较长，因而密封难度加大，密封程度降低，则整台泵的输液效率则会大幅度降低，造成能量的较大损失，浪费驱动能源，同时，不但降低输送介质的效率，运行时还会有较大的噪声。

因此，需要一种多螺杆的螺杆泵，具有较大的打液流量的同时，具有较好的密封效果，从而具有较高的输送效率，节约驱动能源，降低啮合间隙导致的运行噪声。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的提供一种大流量组合线型螺杆泵，具有较大的打液流量的同时，具有较好的密封效果，从而具有较高的输送效率，节约驱动能源，降低啮合间隙导致的运行噪声。

本发明的大流量组合线型螺杆泵，1.一种大流量组合线型螺杆泵，包括相互啮合的主动螺杆和从动螺杆，其特征在于：所述主动螺杆和从动螺杆的顶圆半径均大于根圆半径的两倍；

主动螺杆径向截面的齿型线由齿根至齿顶依次为圆弧段hi、渐开线段ij和摆线段jk；

从动螺杆径向截面的齿型线由齿根至齿顶依次为摆线段bc、渐开线段cd和圆弧段de。

进一步，

主动螺杆径向截面的齿型线中：

圆弧段hi方程：

x_主＝(R₁-R_g)sint_hi+R₁

y_主＝(R₁-R_g)cost_hi；

其中，π+0.3551＜t_hi＜3π/2，为弧度单位；

渐开线段ij方程：

x_主＝R₁cosα[sin(t_ij+θ₁₁)-t_ijcos(t_ij+θ₁₁)]

y_主＝R₁cosα[cos(t_ij+θ₁₁)+t_ijsin(t_ij+θ₁₁)]

其中，0＜ij＜0.67，为弧度单位；

摆线段jk方程：

其中，0.241＜t_jk＜1.182，为弧度单位；

θ_{11} = \arccos (\frac{R_{1} - R_{g}}{R_{1}} \cdot \frac{{\cos t}_{1 j}^{1}}{\cos α})

θ₁₂＝δ₁-δ₂

{\tan δ}_{1} = \frac{(R_{1} + R_{2}) {\cos t}_{3 i}^{1} - R_{2} \cos α \cos \frac{5}{3} t_{3 i}^{1}}{(R_{1} + R_{2}) {\sin t}_{3 i}^{1} - R_{2} \cos α \cos \frac{5}{3} t_{3 i}^{1}}

{\tan δ}_{2} = \frac{R_{1} \cos α [\cos (t_{2 j}^{1} + θ_{11}) + t_{2 j}^{1} \sin (t_{2 j}^{1} + θ_{11})]}{R_{1} \cos α [\sin (t_{2 j}^{1} + θ_{11}) - t_{2 j}^{1} \cos (t_{2 j}^{1} + θ_{11})]}

上述公式中，x_主和y_主为主动螺杆齿型线任意一点的平面直角坐标，R₁为主动螺杆节圆半径，R_g为从动螺杆齿根圆半径，R₂为从动螺杆节圆半径，α为渐开线压力角；为圆弧段hi下限值，为弧度；为渐开线段ij下限值，为弧度；

为摆线段jk上限值，为弧度。

从动螺杆径向截面的齿型线中：

摆线段bc方程：

其中，0＜t_bc＜0.39，为弧度单位；

渐开线段cd方程：

x_从＝R₂cosα[sin(t_cd+θ₂₁)-t_cd cos(t_cd+θ₂₁)]

y_从＝R₂cosα[cos(t_cd+θ₂₁)+t_cd sin(t_cd+θ₂₁)]

其中，0＜t_cd＜0.57，为弧度单位；

圆弧段de方程：

x_从＝R_d sin(t_de+θ₂₂)-R₂sin(t_de+θ₂₂)+R₂cosθ₂₂

y_从＝R_d cos(t_de+θ₂₂)-R₂cos(t_de+θ₂₂)-R₂sinθ₂₂

其中，0.35＜t_de＜1.57，为弧度单位；

θ_{21} = \frac{(R_{1} + R_{2}) {\cos t}_{1 j}^{2} - R_{d} \cos \frac{5}{2} t_{1 j}^{2}}{(R_{1} + R_{2}) {\sin t}_{1 j}^{2} - R_{d} \cos \frac{5}{2} t_{1 j}^{2}}

θ₂₂＝δ₂₁+δ₂₂

{\tan δ}_{21} = \frac{(R_{d} - R_{2}) {\cos t}_{3 j}^{2}}{(R_{d} - R_{2}) {\sin t}_{3 j}^{2} + R_{2}}

{\tan δ}_{22} = \frac{R_{2} \cos α [\cos (t_{2 j}^{2} + θ_{21}) + t_{2 j}^{2} \sin (t_{2 j}^{2} + θ_{21})]}{R_{2} \cos α [\sin (t_{2 j}^{2} + θ_{21}) - t_{2 j}^{2} \cos (t_{2 j}^{2} + θ_{21})]}

上述公式中，x_从和y_从为从动螺杆齿型线任意一点的平面直角坐标，R_d为从动螺杆齿根圆半径，α为渐开线压力角；为摆线段bc下限值，为弧度；

为渐开线段cd下限值，为弧度；

为圆弧段de下限值，为弧度。

本发明的有益效果：本发明的大流量组合线型螺杆泵，采用主动螺杆和从动螺杆的顶圆半径均大于根圆半径的两倍的结构，具有较深的啮合深度，相对与现有技术的螺杆泵，具有大的齿端面面积，即螺杆工作截面面积增加，进而在相同转速下，流量增加；为了适应于较深的啮合深度并保持具有较好的密封效果，主动螺杆径向截面的齿型线由齿根至齿顶依次为圆弧段、渐开线段和摆线段，从动螺杆径向截面的齿型线由齿根至齿顶依次为摆线段、渐开线段和圆弧段；

主动螺杆齿根段与从动螺杆齿顶段为圆弧-圆弧啮合，具有较好的密封效果，克服了现有技术中螺杆点啮合的缺点，从而具有较高的输送效率，节约驱动能源，降低啮合间隙导致的运行噪声，环保效果明显；本发明由于利用圆弧齿形结构，更利于成型刀具的设计及达到螺杆的高精度、高效率加工。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

附图为本发明的结构示意图。

具体实施方式

附图为本发明的结构示意图，如图所示：本实施例的大流量组合线型螺杆泵，包括相互啮合的主动螺杆1和从动螺杆2，所述主动螺杆1和从动螺杆2的顶圆半径均大于根圆半径的两倍；

主动螺杆1径向截面的齿型线由齿根至齿顶依次为圆弧段hi、渐开线段ij和摆线段jk；

从动螺杆2径向截面的齿型线由齿根至齿顶依次为摆线段bc、渐开线段cd和圆弧段de；

如图所示，主动螺杆上，与圆弧段hi接合的为齿根圆弧gj，与摆线段jk接合的为齿顶圆弧km，形成主动螺杆径向截面整个齿形；从动螺杆2上，与摆线段bc接合的为齿根圆弧ab，与圆弧段de接合的为齿顶圆弧ef，形成整个从动螺杆的整个齿形。

本实施例中，主动螺杆径向截面的齿型线中：

圆弧段hi方程：

x_主＝(R₁-R_g)sin t_hi+R₁

y_主＝(R₁-R_g)cos t_hi；

其中，π+0.3551＜t_hi＜3π/2，为弧度单位；

渐开线段ij方程：

x_主＝R₁cosα[sin(t_ij+θ₁₁)-t_ijcos(t_ij+θ₁₁)]

y_主＝R₁cosα[cos(t_ij+θ₁₁)+t_ijsin(t_ij+θ₁₁)]

其中，0＜ij＜0.67，为弧度单位；

摆线段jk方程：

其中，0.241＜t_jk＜1.182，为弧度单位；

θ_{11} = \arccos (\frac{R_{1} - R_{g}}{R_{1}} \cdot \frac{{\cos t}_{1 j}^{1}}{\cos α})

θ₁₂＝δ₁-δ₂

{\tan δ}_{1} = \frac{(R_{1} + R_{2}) {\cos t}_{3 i}^{1} - R_{2} \cos α \cos \frac{5}{3} t_{3 i}^{1}}{(R_{1} + R_{2}) {\sin t}_{3 i}^{1} - R_{2} \cos α \cos \frac{5}{3} t_{3 i}^{1}}

{\tan δ}_{2} = \frac{R_{1} \cos α [\cos (t_{2 j}^{1} + θ_{11}) + t_{2 j}^{1} \sin (t_{2 j}^{1} + θ_{11})]}{R_{1} \cos α [\sin (t_{2 j}^{1} + θ_{11}) - t_{2 j}^{1} \cos (t_{2 j}^{1} + θ_{11})]}

上述公式中，x_主和y_主为主动螺杆齿型线任意一点的平面直角坐标，R₁为主动螺杆节圆半径，R_g为从动螺杆齿根圆半径，R₂为从动螺杆节圆半径，α为渐开线压力角；δ₁₁为圆弧段hi在原始位置(即θ₁₂＝0)时圆弧段hi与坐标原点连线和x轴之间的夹角；δ₁₂为渐开线段ij在θ₁₁时渐开线段ij的终点与坐标原点连线和x轴之间的夹角；为圆弧段hi下限值，为弧度；

为渐开线段ij下限值，为弧度；

为摆线段jk上限值，为弧度。

从动螺杆径向截面的齿型线中：

摆线段bc方程：

其中，0＜t_bc＜0.39，为弧度单位；

渐开线段cd方程：

x_从＝R₂cos α[sin(t_cd+θ₂₁)-t_cd cos(t_cd+θ₂₁)]

y_从＝R₂cosα[cos(t_cd+θ₂₁)+t_cd sin(t_cd+θ₂₁)]

其中，0＜t_cd＜0.57，为弧度单位；

圆弧段de方程：

x_从＝R_dsin(t_de+θ₂₂)-R₂sin(t_de+θ₂₂)+R₂cosθ₂₂

y_从＝R_dcos(t_de+θ₂₂)-R₂cos(t_de+θ₂₂)-R₂sinθ₂₂

其中，0.35＜t_de＜1.57，为弧度单位；

θ_{21} = \frac{(R_{1} + R_{2}) {\cos t}_{1 j}^{2} - R_{d} \cos \frac{5}{2} t_{1 j}^{2}}{(R_{1} + R_{2}) {\sin t}_{1 j}^{2} - R_{d} \cos \frac{5}{2} t_{1 j}^{2}}

θ₂₂＝δ₂₁+δ₂₂

{\tan δ}_{21} = \frac{(R_{d} - R_{2}) {\cos t}_{3 j}^{2}}{(R_{d} - R_{2}) {\sin t}_{3 j}^{2} + R_{2}}

{\tan δ}_{22} = \frac{R_{2} \cos α [\cos (t_{2 j}^{2} + θ_{21}) + t_{2 j}^{2} \sin (t_{2 j}^{2} + θ_{21})]}{R_{2} \cos α [\sin (t_{2 j}^{2} + θ_{21}) - t_{2 j}^{2} \cos (t_{2 j}^{2} + θ_{21})]}

上述公式中，x_从和y_从为从动螺杆齿型线任意一点的平面直角坐标，R_d为从动螺杆齿根圆半径，α为渐开线压力角；δ₂₁为圆弧段de在原始位置(即θ₂₂＝0)时圆弧段de终点与坐标原点连线和x轴之间的夹角；δ₂₂为渐开线段cd在θ₂₁时渐开线段cd的终点与坐标原点连线和x轴之间的夹角；

为摆线段bc下限值，为弧度；

为渐开线段cd下限值，为弧度；

为圆弧段de下限值，为弧度。

以上方程形成的齿形，使主动螺杆和从动螺杆之间的啮合形成较好的密封，更能适用于较大的啮合深度，利于增大工作端面，从而适用于较大流量的螺杆泵使用。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。