CN102797673B - 嵌入式复合齿形螺杆泵 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大流量嵌入式复合齿形螺杆泵，采用主动螺杆两头和从动螺杆四头的结构且主动螺杆与从动螺杆顶圆半径大于根圆半径的2倍，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，同时降低了螺杆质量，减小了螺杆摩擦，降低了泵的机械损失，增加了泵的总体效率；为了使螺杆端面面积增加并保持具有较好的密封效果，在主杆单头、从杆双头的基础上，主杆齿槽部分增加一圆弧齿形，对应根据啮合原理，从杆齿厚部分分别减少与主杆相啮合的齿形，为了适应于较大的螺杆端面面积，主动螺杆径向截面的齿型线由齿根至齿顶依次为圆弧段和摆线段，主动螺杆另外一头齿形曲线为圆弧，从动螺杆径向截面的齿型线由齿根至齿顶依次为摆线段圆弧段，与主杆圆弧齿相啮合的从杆齿形曲线为圆弧；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

嵌入式复合齿形螺杆泵

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

螺杆泵靠相互啮合的螺杆绕各自的轴线旋转产生容积变化将液体从一端吸入输送到另一端排出。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，螺杆径向截面面积和螺杆啮合深度是提高液体输送量的主要原因，理论上径向截面面积越大，则泵的输送流量就越大，然后，由于主杆从杆共轭关系的存在，限制了螺杆径向截面面积无限的增加，即螺杆径向截面面积与主从螺杆齿形是一对矛盾的关系；在螺杆啮合深度方面，理论上主动螺杆和从动螺杆之间的啮合深度越深，则输送流量则更大，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，具有较大的输送流量的同时，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嵌入式复合齿形螺杆泵，具有较大的输送流量的同时，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。

本发明的嵌入式复合齿形螺杆泵，1.一种嵌入式复合齿形螺杆泵，包括相互啮合的主动螺杆和从动螺杆，其特征在于：所述主动螺杆两头，从动螺杆四头，且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构成依次为圆弧段ia、摆线段ab、圆弧段bc、圆弧段cd和圆弧段deh；

从动螺杆径向截面的齿型线构成依次为圆弧段jkl、圆弧段1m、圆弧段mn、摆线段no和圆弧段op。

主动螺杆径向截面的齿型线中：

圆弧段ia方程：

x_主＝R_dsint_ia

y_主＝R_dcost_ia

其中，0＜t_ia＜0.7489，为弧度单位；

摆线段ab方程：

其中，0＜t_ab＜1.5，为弧度单位；

圆弧段bc方程：

x_主＝R_g+r+rsint_bc

y_主＝rcost_bc

其中，-0.5096＜t_bc＜1.5058，为弧度单位；

圆弧段cd方程：

x_主＝R_gsint_cd

y_主＝R_gcost_cd

其中，3.1416＜t_cd＜3.5631，为弧度单位；

圆弧段deh方程：

x_主＝Rcost_deh

y_主＝Rsint_deh-r₁

其中，-2.1909＜t_deh＜2.1909，为弧度单位；

${\mathrm{\θ}}_1=arctan\left(\frac{r\cos t_{bc}^2}{R_g+r+r\sin t_{bc}^2}\right)$

上述公式中，x_主和y_主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，r₂为从动螺杆节圆半径，R_g为主动螺杆根圆半径，R_d是主动螺杆顶圆半径，r为圆弧段bc半径，R为圆弧段deh半径，为主杆圆弧段bc的下限值。

从动螺杆径向截面的齿型线中：

圆弧段jkl方程：

x_从＝Rcost_jkl

y_从＝r₂+Rsint_jkl

其中，-2.9306＜t_jkl＜-0.2110，为弧度单位；

圆弧段lm方程：

x_从＝R_dsint_lm

y_从＝R_dcost_lm

其中，0.5265＜t_lm＜0.7792，为弧度单位；

圆弧段mn方程：

x_从＝m+rsint_mn

y_从＝n+rcost_mn

其中，0.0912＜t_mn＜1.1331，为弧度单位；

摆线段no方程：

x_从＝(r₁+r₂)cos(t_no+θ₂)-R_dcos(t_no+θ₂)

y_从＝(r₁+r₂)sin(t_no+θ₂)-R_dsin(t_no+θ₂)

其中，0＜t_no＜0.3629，为弧度单位；

圆弧段op方程：

x_从＝R_gsint_op

y_从＝R_gcost_op

其中，1.1964＜t_op＜1.9452，为弧度单位；

${\mathrm{\θ}}_2=\frac{\mathrm{\π}}{4}-\frac{1}{2}arctan\left(\frac{(r_1+r_2)sin(t_{ab}^2+{\mathrm{\θ}}_1)-R_{d}sin(\frac{3}{2}{t}_{ab}^2+{\mathrm{\θ}}_1)}{(r_1+r_2)\cos (t_{ab}^2+{\mathrm{\θ}}_1)-R_d\cos (\frac{3}{2}{t}_{ab}^2+{\mathrm{\θ}}_1)}\right)$

$m=(r_1+r_2)cos(t_{no}^2+{\mathrm{\θ}}_2)-R_{g}cos(t_{no}^2+{\mathrm{\θ}}_2)-r\sin t_{mn}^1$

$n=(r_1+r_2)sin(t_{no}^2+{\mathrm{\θ}}_2)-R_{g}sin(t_{no}^2+{\mathrm{\θ}}_2)-r\cos t_{mn}^1$

上述从动螺杆径向截面的齿型线公式中，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为圆弧段mn半径，R为圆弧段jkl半径，为主杆摆线段ab的下限值，为从杆摆线段no的下限值，为从杆圆弧段mn的上限值，r₁为主动螺杆节圆半径，r₂为从动螺杆节圆半径，R_g为从动螺杆根圆半径，R_d为从动螺杆顶圆半径。

本发明的有益效果：本发明的嵌入式复合齿形螺杆泵，相对与现有技术的螺杆泵，具有大的齿径向截面面积，即螺杆工作截面面积增加(约为同类型泵的1.2倍)，进而在相同转速下，流量增加；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，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构成为圆弧段和摆线段的组合，从动螺杆径向截面的齿型线构成为圆弧段和摆线段的组合；

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。

具体实施方式

附图为本发明的结构示意图，如图所示：本实施例的嵌入式复合齿形螺杆泵，包括相互啮合的主动螺杆1和从动螺杆2，所述主动螺杆两头，从动螺杆四头，且顶圆半径均大于根圆半径的两倍；

主动螺杆1径向截面的齿型线构成依次为圆弧段ia、摆线段ab、圆弧段bc、圆弧段cd和圆弧段deh；

从动螺杆2径向截面的齿型线构成依次为圆弧段jkl、圆弧段lm、圆弧段mn、摆线段no和圆弧段op；

如图所示，主动螺杆上，与齿顶圆弧ia接合的为摆线段ab，与圆弧段bc接合的为齿根圆弧cd，与齿根圆弧cd接合的为圆弧段deh，形成主动螺杆径向截面整个齿形；从动螺杆2上，与圆弧jkl接合的为齿顶圆弧lm，与圆弧段mn接合的为摆线段no，与摆线段no接合的为齿根圆弧op，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ia方程：

x_主＝R_dsint_ia

y_主＝R_dcost_ia

其中，0＜t_ia＜0.7489，为弧度单位；

摆线段ab方程：

其中，0＜t_ab＜1.5，为弧度单位；

圆弧段bc方程：

x_主＝R_g+r+rsint_bc

y_主＝rcost_bc

其中，-0.5096＜t_bc＜1.5058，为弧度单位；

圆弧段cd方程：

x_主＝R_gsint_cd

y_主＝R_gcost_cd

其中，3.1416＜t_cd＜3.5631，为弧度单位；

圆弧段deh方程：

x_主＝Rcost_deh

y_主＝Rsint_deh-r₁

其中，-2.1909＜t_deh＜2.1909，为弧度单位；

${\mathrm{\θ}}_1=arctan\left(\frac{r\cos t_{bc}^2}{R_g+r+r\sin t_{bc}^2}\right)$

上述公式中，x_主和y_主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，r₂为从动螺杆节圆半径，R_g为主动螺杆根圆半径，R_d是主动螺杆顶圆半径，r为圆弧段bc半径，R为圆弧段deh半径，为主杆圆弧段bc的下限值。

从动螺杆径向截面的齿型线中：

圆弧段jkl方程：

x_从＝Rcost_jkl

y_从＝r₂+Rsint_jkl

其中，-2.9306＜t_jkl＜-0.2110，为弧度单位；

圆弧段lm方程：

x_从＝R_dsint_lm

y_从＝R_dcost_lm

其中，0.5265＜t_lm＜0.7792，为弧度单位；

圆弧段mn方程：

x_从＝m+rsint_mn

y_从＝n+rcost_mn

其中，0.0912＜t_mn＜1.1331，为弧度单位；

摆线段no方程：

x_从＝(r₁+r₂)cos(t_no+θ₂)-R_dcos(t_no+θ₂)

y_从＝(r₁+r₂)sin(t_no+θ₂)-R_dsin(t_no+θ₂)

其中，0＜t_no＜0.3629，为弧度单位；

圆弧段op方程：

x_从＝R_gsint_op

y_从＝R_gcost_op

其中，1.1964＜t_op＜1.9452，为弧度单位；

${\mathrm{\θ}}_2=\frac{\mathrm{\π}}{4}-\frac{1}{2}arctan\left(\frac{(r_1+r_2)sin(t_{ab}^2+{\mathrm{\θ}}_1)-R_{d}sin(\frac{3}{2}{t}_{ab}^2+{\mathrm{\θ}}_1)}{(r_1+r_2)\cos (t_{ab}^2+{\mathrm{\θ}}_1)-R_d\cos (\frac{3}{2}{t}_{ab}^2+{\mathrm{\θ}}_1)}\right)$

$m=(r_1+r_2)cos(t_{no}^2+{\mathrm{\θ}}_2)-R_{g}cos(t_{no}^2+{\mathrm{\θ}}_2)-r\sin t_{mn}^1$

$n=(r_1+r_2)sin(t_{no}^2+{\mathrm{\θ}}_2)-R_{g}sin(t_{no}^2+{\mathrm{\θ}}_2)-r\cos t_{mn}^1$

上从动螺杆径向截面的齿型线述公式中，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为圆弧段mn半径，R为圆弧段jkl半径，为主杆摆线段ab的下限值，为从杆摆线段no的下限值，为从杆圆弧段mn的上限值，r₁为主动螺杆节圆半径，r₂为从动螺杆节圆半径，R_g为从动螺杆根圆半径，R_d为从动螺杆顶圆半径。

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，增大工作端面，从而适用于较大流量的螺杆泵使用，更能适用于较大的啮合深度。

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。

Claims (1)

1.一种嵌入式复合齿形螺杆泵，包括相互啮合的主动螺杆和从动螺杆，其特征在于：所述主动螺杆为两头，从动螺杆为四头，且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构成依次为圆弧段ia、摆线段ab、圆弧段bc、圆弧段cd和圆弧段deh；

从动螺杆径向截面的齿型线构成依次为圆弧段jkl、圆弧段lm、圆弧段mn、摆线段no和圆弧段op；

所述主动螺杆径向截面的齿型线中：

圆弧段ia方程：

x_主＝R_dsint_ia

y_主＝R_dcost_ia

其中，0＜t_ia＜0.7489，为弧度单位；

摆线段ab方程：

其中，0＜t_ab＜1.5，为弧度单位；

圆弧段bc方程：

x_主＝R_g+r+rsint_bc

y_主＝rcost_bc

其中，-0.5096＜t_bc＜1.5058，为弧度单位；

圆弧段cd方程：

x_主＝R_gsint_cd

y_主＝R_gcost_cd

其中，3.1416＜t_cd＜3.5631，为弧度单位；

圆弧段deh方程：

x_主＝Rcost_deh

y_主＝Rsint_deh-r₁

其中，-2.1909＜t_deh＜2.1909，为弧度单位；

${\mathrm{\θ}}_1=\arctan \left(\frac{r\cos t_{bc}^2}{R_g+r+r{\mathrm{sint}}_{bc}^2}\right)$

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，r₂为从动螺杆节圆半径，R_g为主动螺杆根圆半径，R_d是主动螺杆顶圆半径，r为圆弧段bc半径，R为圆弧段deh半径，为主杆圆弧段bc的下限值；

从动螺杆径向截面的齿型线中：

圆弧段jkl方程：

x_从＝Rcost_jkl

y_从＝r₂+Rsint_jkl

其中，-2.9306＜t_jkl＜-0.2110，为弧度单位；

圆弧段lm方程：

x_从＝R_dsint_lm

y_从＝R_dcost_lm

其中，0.5265＜t_lm＜0.7792，为弧度单位；

圆弧段mn方程：

x_从＝m+rsint_mn

y_从＝n+rcost_mn

其中，0.0912＜t_mn＜1.1331，为弧度单位；

摆线段no方程：

x_从＝(r₁+r₂)cos(t_no+θ₂)-R_dcos(t_no+θ₂)

y_从＝(r₁+r₂)sin(t_no+θ₂)-R_dsin(t_no+θ₂)

其中，0＜t_no＜0.3629，为弧度单位；

圆弧段op方程：

x_从＝R_gsint_op

y_从＝R_gcost_op

其中，1.1964＜t_op＜1.9452，为弧度单位；

${\mathrm{\θ}}_2=\frac{\mathrm{\π}}{4}-\frac{1}{2}arctan\left(\frac{\left(r_1+r_2\right)sin(t_{ab}^2+{\mathrm{\θ}}_1)-R_{d}sin(\frac{3}{2}{t}_{ab}^2+{\mathrm{\θ}}_1)}{\left(r_1+r_2\right)\cos (t_{ab}^2+{\mathrm{\θ}}_1)-R_d\cos (\frac{3}{2}{t}_{ab}^2+{\mathrm{\θ}}_1)}\right)$

$m=(r_1+r_2)cos(t_{no}^2+{\mathrm{\θ}}_2)-R_{g}cos(t_{no}^2+{\mathrm{\θ}}_2)-r\sin t_{mn}^1$

$n=(r_1+r_2)\sin (t_{no}^2+{\mathrm{\θ}}_2)-R_g\sin (t_{no}^2+{\mathrm{\θ}}_2)-r\cos t_{mn}^1$

上述从动螺杆径向截面的齿型线公式中，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为圆弧段mn半径，R为圆弧段jkl半径，为主杆摆线段ab的下限值，为从杆摆线段no段的下限值，为从杆圆弧段mn的上限值，r₁为主动螺杆节圆半径，r₂为从动螺杆节圆半径，R_g为从动螺杆根圆半径，R_d为从动螺杆顶圆半径。