CN102465871B - 一种螺杆转子端面齿型 - Google Patents

Abstract

本发明是关于一种能够用于双螺杆泵和双螺杆压缩机的螺杆转子端面齿型，它由包括摆线、圆弧及圆弧包络线、椭圆弧及椭圆包络线等几种不同性质的齿曲线组成。本发明的技术特征是：螺杆端面上的齿形曲线由五段齿曲线组成，其中包括摆线齿曲线abc、位于齿根圆上的圆弧齿曲线cde、位于齿顶圆上的圆弧齿曲线ija、椭圆弧齿曲线efg和以椭圆弧齿曲线efg为基线的椭圆包络线齿曲线ghi，又可以在椭圆弧的两侧分别加上一段或同时加上两段圆弧，从而形成四种不同的组合方案。本发明的螺杆端面齿型能达到严格(完全)的密封，啮合产生的接触线较短，应用该发明生成的双螺杆泵或双螺杆压缩机，具有容积效率高、所能输送的介质压力高等优点。

Description

一种螺杆转子端面齿型

一.技术领域

本发明涉及一种双螺杆泵或双螺杆压缩机的螺杆转子齿型，属于双螺杆机械的改进技术。

二.背景技术

现有的用于双螺杆泵或双螺杆压缩机的螺杆转子齿型，有摆线齿型、阿基米德螺旋线齿型、圆弧齿型和渐开线齿型，这种螺杆用于双螺杆泵时，虽然理论上能达到严格(完全)密封，但存在一些这样或那样的缺点：接触线长度过长，导致实际产品的容积效率较低；在螺杆运动过程中啮合不平稳、容易产生磨损，从而导致螺杆寿命不长。

三.发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种既严格(完全)密封，又具有较短的接触线长度和啮合运动平稳的能输送较高压力的螺杆转子齿型。

本发明采用的技术方案是提供一种新型螺杆转子齿型，其特征在于，组成齿曲线共有下面四种方案：(一)螺杆横截面上的齿形曲线为abcdefghij，由五段齿曲线组成，在此称之为基本型，其中包括由点a、b、c连线构成的摆线齿曲线abc、由点c、d、e连线组成的位于齿根圆上的圆弧齿曲线cde、由i、j、a连线组成的位于齿顶圆上的圆弧齿曲线ija、由点e、f、g连线构成的椭圆弧齿曲线efg、由点g、h、i连线构成的以椭圆弧齿曲线efg为基线的椭圆包络线齿曲线ghi；(二)除前述基本型五段曲线外，还可以在椭圆弧齿曲线efg靠近齿根圆一侧加入一段圆弧齿曲线ee′，从而齿曲线ghi靠近齿顶圆侧增加一段以圆弧齿曲线ee′为基线的圆弧包络线齿曲线i′i，此时齿曲线efg演变为齿曲线ee′fg，齿曲线ghi演变为ghi′i，从而使全部组成齿曲线演变为abcdee′fghi′ij，共七段；(三)除前述基本型五段曲线外，还可以在椭圆弧靠近中间圆(节圆)一侧加入一段圆弧齿曲线g′g，从而齿曲线ghi靠近中间圆(节圆)一侧增加一段由圆弧齿曲线g′g为基线的圆弧包络线齿曲线gg″，此时齿曲线efg演变为齿曲线efg′g，齿曲线ghi演变为齿曲线gg″hi，从而使全部齿曲线演变为abcdefg′gg″hij，共七段；(四)除前述基本型五段曲线外，还可以在椭圆弧两侧同时加入圆弧齿曲线ee′和齿曲线g′g，在椭圆弧包络线两侧同时加入圆弧以齿曲线ee′和齿曲线g′g为基线的圆弧包络线齿曲线i′i和齿曲线gg″，此时齿曲线efg演变为齿曲线ee′fg′g，齿曲线ghi演变为齿曲线gg″hi′i，从而使全部组成齿曲线演变为abcdee′fg′gg″hi′ij，共九段。

对于上述四种方案，其特征还在于，点a、c、g共线且连线通过圆心，所述螺杆可以为左旋螺杆，也可以为右旋螺杆。

本发明相比现有技术的显著优点是：

1.根据方案(一)即基本型方案，在齿根圆和节圆之间采用椭圆弧，而在节圆和齿顶圆之间采用椭圆包络线，它的空间接触线长度相对较短，端面的投影为光滑过渡的两段弧线，并且全部组成齿曲线的空间接触线及端面投影直达齿顶和齿根，容积效率较高，运行平稳，并且螺杆所受轴向力和径向力大为减小，从而可以输送更高的压力。

2.根据方案(二)、(三)、(四)，还可以在前述的椭圆弧与齿根圆相连处加入一段圆弧，或者在椭圆弧与节圆相连处加入一段圆弧，或者在上述两位置同时分别加上一段圆弧，从而可以通过灵活调整传动侧齿型组成，对空间接触线和端面投影进一步优化，来产生最佳的应用效果。

3.螺杆旋向可为左旋，也可为右旋，端面形状完全相同，两根相互啮合的螺杆旋向相反并且只要有一个完整的螺距长度即可形成密封腔。

采用本发明的螺杆转子齿型，不仅可用于单头螺杆，也可用于双头及多头螺杆，是一种简单、实用、设计灵活、应用效果好的新齿型。

四.附图说明

图1为本发明方案(一)基本型的齿形曲线。

图2为本发明方案(二)的齿形曲线。

图3为本发明方案(三)的齿形曲线。

图4为本发明用于双螺杆啮合时，密封侧的密封线在轴截面上的投影图。

图5为本发明用于双螺杆啮合时，传动侧的密封线在轴截面上的投影图。

图6为本发明用于双螺杆啮合时，全部组成齿曲线的密封线在轴截面上的投影图。

图7为本发明实施的一种结构示意图，其螺纹旋向为右旋。

五.具体实施方式

根据图1所示的基本型螺杆转子端面齿型，其组成齿曲线由摆线齿曲线abc、圆弧齿曲线cde、圆弧齿曲线ija、椭圆弧齿曲线efg和椭圆包络线齿曲线ghi等五段组成。

其中：a、c、g三点共线且连线通过圆心O1，点a在齿顶圆Ld上，点c、d、e在齿根圆Lg上，点i、j在齿顶圆Ld上，齿曲线abc为以另一根齿形相同但方向相反的螺杆上的齿顶圆上的尖点a生成的长幅外摆线，我们一般将齿曲线abc称之为密封侧齿型；齿曲线efg为椭圆弧，齿曲线ghi为以另一根齿形相同但方向相反的螺杆上的椭圆弧齿曲线efg为基线的椭圆包络线，我们将齿曲线efg和齿曲线ghi称为传动侧齿型；齿曲线cde为位于齿根圆Lg上的一段圆弧，齿曲线ija为位于齿顶圆Ld上的一段圆弧。曲线椭圆弧efg在e点处与齿根圆相切，并且椭圆弧的长轴在O1e的连线直线上。

设计时，首先确定齿顶圆Ld、齿根圆Lg和节圆Lj的直径，并且建立坐标系XO1Y，如图一所示。由此可以确定摆线型齿曲线abc。在齿根圆上取一点与中心O1相连，以e点为椭圆长轴端点，O1e为长轴，绘制椭圆弧齿曲线efg，该曲线同时也与O1e垂直；以椭圆弧齿曲线efg为基线，可以作出与之共轭的齿曲线ghi。齿曲线cde和齿曲线ghi的圆心角相等。

这样，转子的端面齿型就完全作出了。此时螺杆端面齿型由五段齿曲线组成。

当按照方案(二)实施时，可以在椭圆弧齿曲线efg和齿根圆Lg之间加上一段圆弧齿曲线ee’，分别与这两段曲线光滑连接，此时，在齿曲线ghi和齿顶圆Ld之间生成一段以圆弧齿曲线ee’为基线的圆弧包络线齿曲线ii’。此时，螺杆端面齿型由七段齿曲线组成。

当按照方案(三)实施时，可以在椭圆弧齿曲线efg和节圆Lj之间加上一段圆弧齿曲线g′g，分别与椭圆弧齿曲线efg和O1g光滑相切连接，此时，在曲线齿曲线ghi和节圆Lj之间生成一段以圆弧齿曲线g′g为基线的圆弧包络线齿曲线gg”。此时，螺杆端面齿型由七段齿曲线组成。

当按照方案(四)实施时，可以在椭圆弧齿曲线efg和齿根圆Lg之间加上一段圆弧齿曲线ee’，分别与这两段曲线光滑相切连接，同时在椭圆弧齿曲线efg和节圆Lj之间加上一段圆弧齿曲线g′g，分别与这两段曲线光滑相切连接；此时，在曲线齿曲线ghi和齿顶圆Ld之间生成一段以圆弧齿曲线ee’为基线的圆弧包络线齿曲线ii’，同时在齿曲线ghi和节圆Lj之间生成一段以圆弧齿曲线g′g为基线的圆弧包络线齿曲线gg”。此时，螺杆端面齿型由九段齿曲线组成。

本发明的螺杆可做成左旋螺杆，也可做成右旋螺杆，相互啮合时，两种螺杆的端面形状和导程均完全相同。

图4～图6示出本发明用于双螺杆泵或双螺杆压缩机时的密封机理：

根据本发明生成的具有相同参数但旋向相反时的两根螺杆，在啮合时，其密封侧和传动侧的齿曲线所形成的螺杆齿面密封曲线在轴截面上的投影图如图4及图5所示。

其中，图4为密封侧的齿曲线在啮合时形成的密封线在轴截面上的投影图。图中，位于螺杆O1上的齿曲线abc和螺杆O2上的尖点a所形成的密封线为螺旋型的等距螺线，在轴截面上的投影为圆弧线mn，位于螺杆O2齿顶圆上；位于螺杆O2上的齿曲线abc和螺杆O1上的尖点a所形成的密封线也同样为螺旋型的等距螺线，在轴截面上的投影为圆弧线m’n’。圆弧线mn、m’n’都各自贯穿螺杆O1与螺杆O2的齿顶和齿根。

图5为传动侧的齿曲线在啮合时形成的密封线在轴截面上的投影图。图中，螺杆O2的齿曲线ghi与螺杆O1的齿曲线efg啮合时产生的密封线投影就是弧线ksg；同理，螺杆O1的齿曲线ghi与螺杆O2的齿曲线efg啮合时产生的密封线投影就是弧线g s’k’，其与弧线ksg相连于g点。由此可见，传动侧的齿曲线所形成的密封线是弧ksgs’k’，它贯穿于两螺杆的共同齿面，而与O1O2线上的两螺杆齿底相连。

与以往的齿型螺杆不同的是，本发明的螺杆转子端面齿型，其接触线形成的密封线较短，并且可以灵活调节椭圆弧的参数来对密封线进行优化，接触线在轴截面上的投影是两条光滑过渡连接的弧线，而不再是折线，也不是严格意义上的圆弧。

图6为全部的端面齿型组成齿曲线，在啮合时形成的密封线在轴截面上的投影图。除了密封侧和传动侧的齿曲线外，还有位于齿根圆上的齿曲线cde和位于齿顶圆上的齿曲线ija。螺杆O2的齿曲线ija与螺杆O1的齿曲线cde啮合时，产生的密封曲线是一个点，即点n；同样地，螺杆O2的齿曲线cde与螺杆O1的齿曲线ija啮合时，产生的密封曲线是另一个点，即点n’。全部的端面齿型组成齿曲线，在啮合时形成的密封线在轴截面上的投影，即是图4所示的投影弧线mn及弧线m’n’、图5所示的投影弧线ksgs’k’和点n及点n’的叠加。其中，点n与点k重合，点n’和点k’重合。

由此可见：两根参数相同但旋向相反的螺杆相互啮合时，全部组成齿曲线的密封线在轴截面上的投影，都形成一个连续不间断的“S″字形，直达螺杆的齿顶和齿根，从而在理论上能将相邻的螺旋齿槽完全有效地隔开。

可见，本发明的螺杆端面齿型用于双螺杆泵或双螺杆压缩机时能达到严格(完全)的密封，啮合产生的接触线较短，其端面投影为两条光滑过渡连接的弧线；另外，为输送较高的介质压力，需要对螺杆的受力状况进行分析，减少轴向力和径向力的数值，采用椭圆弧有助于实现这一目标。因此应用该发明生成的双螺杆泵或双螺杆压缩机，具有容积效率高、所能输送的介质压力高等优点。通过样机试制，结果验证了本发明方案的优越性。

以上的实施例说明仅为本发明的较佳实施案例说明。然而这些依据本发明实施例所作的种种等效替换及修改，属于本发明的发明精神及由权利要求所界定的专利范围内。

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。本领域技术人员可依据本发明的实施示例而作出其它等效的替代设计，依然在本发明的专利保护范围内。

Claims (3)

1.一种螺杆转子，其特征在于：它的端面齿型由包括摆线、圆弧及圆弧包络线、椭圆弧及椭圆包络线几种不同性质的齿曲线组成；所述端面齿型包括：由点a、b、c连线构成的摆线齿曲线abc、由点c、d、e连线组成的位于齿根圆上的圆弧齿曲线cde、由i、j、a连线组成的位于齿顶圆上的圆弧齿曲线ija、由点e、f、g连线构成的椭圆弧齿曲线efg、由点g、h、i连线构成的以椭圆弧齿曲线efg为基线的椭圆包络线齿曲线ghi；

在所述椭圆弧齿曲线efg靠近齿根圆一侧加入一段圆弧齿曲线ee′，从而齿曲线ghi靠近齿顶圆侧增加一段以圆弧齿曲线ee′为基线的圆弧包络线齿曲线i′i，此时齿曲线efg演变为齿曲线ee′fg，齿曲线ghi演变为ghi′i，从而使全部组成齿曲线演变为abcdee′fghi′ij，此时组成齿曲线共七段；

或者，在所述椭圆弧靠近中间圆即节圆一侧加入一段圆弧齿曲线g′g，从而齿曲线ghi靠近中间圆即节圆一侧增加一段由圆弧齿曲线g′g为基线的圆弧包络线齿曲线gg″，此时齿曲线efg演变为齿曲线efg′g，齿曲线ghi演变为齿曲线gg″hi，从而使全部齿曲线演变为abcdefg′gg″hij，此时组成齿曲线共七段；

或者，在所述椭圆弧两侧同时加入圆弧齿曲线ee′和齿曲线g′g，在椭圆弧包络线两侧同时加入圆弧以齿曲线ee′和齿曲线g′g为基线的圆弧包络线齿曲线i′i和齿曲线gg″，此时齿曲线efg演变为齿曲线ee′fg′g，齿曲线ghi演变为齿曲线gg″hi′i，从而使全部组成齿曲线演变为abcdee′fg′gg″hi′ij，此时组成齿曲线共九段。

2.根据权利要求1所述的螺杆转子，其特征在于：所述端面齿型用于生成单头螺杆，或者用于生成双头及多头螺杆。

3.根据权利要求1所述的螺杆转子，其特征在于：所述端面齿型用于生成左旋螺杆，或者用于生成右旋螺杆。