CN103775334A - 一种锥螺杆-衬套副 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种锥螺杆-衬套副，属于单螺杆水压泵应用领域，该锥形螺杆包括锥形螺杆外曲面、锥形螺杆小端面、锥形螺杆大端面；锥形衬套包括锥形衬套内曲面、锥形衬套小端面、锥形衬套大端面和锥形衬套外圆柱面；所述锥形螺杆大端面和锥形衬套大端面组成锥螺杆-衬套副的入口端；所述锥形螺杆小端面和锥形衬套小端面组成锥螺杆-衬套副的出口端。有利于锥螺杆与衬套的加工制造，其锥螺杆在衬套内做平行轴行星运动，不存在轴向位移，从而提高锥螺杆-衬套副的效率。

Description

一种锥螺杆-衬套副
技术领域
本发明涉及单螺杆水压泵应用领域，尤其涉及一种锥螺杆-衬套副。
背景技术
在单螺杆泵中广泛应用的螺杆-衬套副大都是等横截面结构，等截面的柱螺杆与衬套相互啮合形成若干容积相同的密封腔室，随着螺杆在衬套内转动，工作介质不断由螺杆-衬套副的一端输送到另一端。但是，在运动过程中，螺杆与衬套之间不可避免产生泄漏，当工作介质中含有气体时，容易形成困油现象，严重影响泵的正常工作及使用寿命。
然而，由锥形螺杆和锥形衬套组成的锥螺杆-衬套副则能很好地消除以上弊端，目前，文献中记录的锥螺杆-衬套副是在单螺杆油气混输泵应用中的关键部件。其锥螺杆曲面是基于空间球面圆与锥螺旋线建立的螺旋曲面；衬套曲面则是基于空间啮合理论，由锥螺杆按照规定要求运动的包络面。这种成形方法的曲面建模复杂，不利于锥螺杆-衬套副的成型加工，导致锥螺杆-衬套副的发展应用缓慢；此外，其运动形式是锥螺杆在固定衬套内作定点行星运动，存在的轴向位移会增加锥螺杆-衬套副的磨损和泄漏。因此，本发明提供了一种新型的锥螺杆-衬套副，使得锥螺杆和衬套的螺旋曲面建模更为简洁，便于曲面成型加工，且锥螺杆在衬套内作平行轴行星运动，不存在轴向位移，从而消除了因轴向位移带来的磨损、泄漏等弊端。
发明内容
针对现有锥螺杆-衬套副存在的上述缺陷，本发明提供了一种曲面成形方便简洁的锥螺杆-衬套副，降低了锥螺杆与衬套的加工难度，而且有利于专用加工刀具及数控加工程序的开发，同时，本发明提供的锥螺杆-衬套副，其锥螺杆在衬套内做平行轴行星运动，不存在轴向位移，从而提高了锥螺杆-衬套副的效率。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种锥螺杆-衬套副，其包括锥形螺杆、锥形衬套；锥形螺杆包括锥形螺杆外曲面、锥形螺杆小端面、锥形螺杆大端面；锥形衬套包括锥形衬套内曲面、锥形衬套小端面、锥形衬套大端面和锥形衬套外圆柱面；所述锥形螺杆大端面和锥形衬套大端面组成锥螺杆-衬套副的入口端；所述锥形螺杆小端面和锥形衬套小端面组成锥螺杆-衬套副的出口端。
所述锥形螺杆中心线为锥形螺杆的旋转中心线；所述锥形螺杆的任一横截面都是圆形，圆柱螺旋线为锥形螺杆各横截面圆圆心点的集合；锥形螺杆外曲面就是由无数个偏心于锥螺杆中心线的平行圆形组成的平滑曲面，且由锥形螺杆小端面至锥形螺杆大端面间，锥形螺杆的横截面圆半径越大。
所述锥形衬套中心线为锥形衬套的旋转中心线；所述锥形衬套内曲面的横截面是由两个半圆弧和两条直线段组成的长圆形；锥形衬套内曲面就是由无数个长圆形周期旋转组成的平滑曲面；且由锥形衬套小端面至锥形衬套大端面间，长圆形中的半圆弧的半径越大，直线段长度不变。
锥形螺杆的偏心距与导程分别等于圆柱螺旋线的偏心e和螺距t；锥形螺杆的任一横截面圆半径与该截面距锥形螺杆某端面的距离保持线性关系：设锥形螺杆轴向长度为mt（m>2），锥形螺杆小端面的圆半径为r1，锥形螺杆大端面的圆半径为r2，至锥螺杆小端面距离为nt的锥螺杆横截面圆的半径为 r = n m ( r 2 - r 1 ) + r 1 .
锥形衬套内曲面的横截面长圆形的旋转导程为T=2t；半圆弧的半径与锥形螺杆的横截面圆半径存在相同的线性关系；锥形衬套小端面的半圆弧半径等于锥形螺杆小端面的圆半径，锥形衬套大端面的半圆弧半径等于锥形螺杆大端面的圆半径；直线段的长度等于锥形螺杆的偏心距的四倍。
锥形螺杆置于锥形衬套内腔中，锥形螺杆中心线与锥形衬套中心线保持平行，且距离等于锥形螺杆的偏心距e，如此，锥形螺杆外曲面与锥形衬套内曲面相互啮合形成一系列腔室，如腔室A、B、C、D，其中腔室A与入口端相连，腔室D与出口端相连，且锥螺杆-衬套副的过流面积从入口端至出口端逐渐减小；为保证入口端与出口端相互隔开，锥螺杆-衬套副的轴向长度应大于一个锥形衬套导程T，使得锥形螺杆与锥形衬套之间能够形成密封腔室，所形成的密封腔室容积由入口端至出口端逐渐减小，如此使得工作介质中的气体被压缩后，工作介质仍能够充满腔室，消除困油现象。
锥形衬套固定不动，锥形螺杆绕衬套中心线作公转的同时，也绕锥形螺杆中心线作自转，且公转与自转的方向相反、大小相等；随着锥形螺杆的转动，锥螺杆-衬套副靠近入口端的第一个腔室容积逐渐增大，在吸入端形成真空，吸入工作介质，至腔室完全封闭，不断向出口端旋转移动，同时靠近出口端的最后一个腔室逐渐消失，工作介质被完全挤压出去，在出口端产生压力。当锥螺杆转动时，腔室A吸入工作介质，不断向出口端旋转移动，腔室完全封闭后，随着腔室的推移，腔室容积不断减小，当封闭腔室推移至出口端时，封闭腔室破裂，挤出工作介质，腔室消失；在这整个过程中，随着腔室的推移，入口端不断形成新的腔室，如此随着密封腔室的连续形成、推移和消失，使工作介质从入口端吸入，至出口端排出。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果。
本发明提供了一种曲面形成方便简洁的锥螺杆-衬套副，有利于锥螺杆与衬套的加工制造，其锥螺杆在衬套内做平行轴行星运动，不存在轴向位移，从而提高锥螺杆-衬套副的效率。
附图说明
图1为锥螺杆-衬套副剖面示意图。
图2为锥形螺杆曲面形状示意图。
图3为锥形衬套曲面横截面示意图。
图4为锥形衬套曲面示意图。
图中：1、锥形螺杆，2、锥形衬套，3、锥形螺杆中心线，4、锥形衬套中心线，5、锥形螺杆外曲面，6、锥形衬套内曲面，7、入口端，8、出口端，9、圆柱螺旋线，10、锥形螺杆小端面，11、锥形螺杆大端面，12、长圆形，13、半圆弧，14、直线段，15、锥形衬套小端面，16、锥形衬套大端面，17、锥形衬套外圆柱面。
具体实施方式
如图1-4所示，一种锥螺杆-衬套副，其包括锥形螺杆1、锥形衬套2；锥形螺杆1包括锥形螺杆外曲面5、锥形螺杆小端面10、锥形螺杆大端面11；锥形衬套2包括锥形衬套内曲面6、锥形衬套小端面15、锥形衬套大端面16和锥形衬套外圆柱面17；所述锥形螺杆大端面11和锥形衬套大端面16组成锥螺杆-衬套副的入口端7；所述锥形螺杆小端面10和锥形衬套小端面15组成锥螺杆-衬套副的出口端8。
所述锥形螺杆中心线3为锥形螺杆1的旋转中心线；所述锥形螺杆1的任一横截面都是圆形，圆柱螺旋线9为锥形螺杆1各横截面圆圆心点的集合；锥形螺杆外曲面5就是由无数个偏心于锥螺杆中心线3的平行圆形组成的平滑曲面，且由锥形螺杆小端面10至锥形螺杆大端面11间，锥形螺杆的横截面圆半径越大。
所述锥形衬套中心线4为锥形衬套2的旋转中心线；所述锥形衬套内曲面6的横截面是由两个半圆弧13和两条直线段14组成的长圆形12；锥形衬套内曲面6就是由无数个长圆形12周期旋转组成的平滑曲面；且由锥形衬套小端面15至锥形衬套大端面16间，长圆形12中的半圆弧13的半径越大，直线段14长度不变。
锥形螺杆1的偏心距与导程分别等于圆柱螺旋线9的偏心e和螺距t；锥形螺杆1的任一横截面圆半径与该截面距锥形螺杆某端面的距离保持线性关系：设锥形螺杆1轴向长度为mt（m>2），锥形螺杆小端面10的圆半径为r1，锥形螺杆大端面11的圆半径为r2，至锥螺杆小端面距离为nt的锥螺杆横截面圆的半径为 r = n m ( r 2 - r 1 ) + r 1 .
锥形衬套内曲面6的横截面长圆形12的旋转导程为T=2t；半圆弧13的半径与锥形螺杆1的横截面圆半径存在相同的线性关系；锥形衬套小端面15的半圆弧半径等于锥形螺杆小端面10的圆半径，锥形衬套大端面16的半圆弧半径等于锥形螺杆大端面11的圆半径；直线段14的长度等于锥形螺杆1的偏心距的四倍。
锥形螺杆1置于锥形衬套2内腔中，锥形螺杆中心线3与锥形衬套中心线4保持平行，且距离等于锥形螺杆1的偏心距e，如此，锥形螺杆外曲面5与锥形衬套内曲面6相互啮合形成一系列腔室，如腔室A、B、C、D，其中腔室A与入口端7相连，腔室D与出口端8相连，且锥螺杆-衬套副的过流面积从入口端7至出口端8逐渐减小；为保证入口端7与出口端8相互隔开，锥螺杆-衬套副的轴向长度应大于一个锥形衬套导程T，使得锥形螺杆1与锥形衬套2之间能够形成密封腔室，所形成的密封腔室容积由入口端至出口端逐渐减小，如此使得工作介质中的气体被压缩后，工作介质仍能够充满腔室，消除困油现象。
锥形衬套2固定不动，锥形螺杆1绕衬套中心线4作公转的同时，也绕锥形螺杆中心线3作自转，且公转与自转的方向相反、大小相等；随着锥形螺杆1的转动，锥螺杆-衬套副靠近入口端7的第一个腔室容积逐渐增大，在吸入端形成真空，吸入工作介质，至腔室完全封闭，不断向出口端8旋转移动，同时靠近出口端8的最后一个腔室逐渐消失，工作介质被完全挤压出去，在出口端产生压力。如图1所示，当锥螺杆转动时，腔室A吸入工作介质，不断向出口端8旋转移动，腔室完全封闭后，随着腔室的推移，腔室容积不断减小，当封闭腔室推移至出口端8时，封闭腔室破裂，挤出工作介质，腔室消失；在这整个过程中，随着腔室的推移，入口端不断形成新的腔室，如此随着密封腔室的连续形成、推移和消失，使工作介质从入口端7吸入，至出口端8排出。

Claims (4)

1.一种锥螺杆-衬套副，其特征在于：该装置包括锥形螺杆（1）、锥形衬套（2）；锥形螺杆（1）包括锥形螺杆外曲面（5）、锥形螺杆小端面（10）、锥形螺杆大端面（11）；锥形衬套（2）包括锥形衬套内曲面（6）、锥形衬套小端面（15）、锥形衬套大端面（16）和锥形衬套外圆柱面（17）；所述锥形螺杆大端面（11）和锥形衬套大端面（16）组成锥螺杆-衬套副的入口端（7）；所述锥形螺杆小端面（10）和锥形衬套小端面（15）组成锥螺杆-衬套副的出口端（8）；
锥形螺杆中心线（3）为锥形螺杆（1）的旋转中心线；所述锥形螺杆（1）的任一横截面都是圆形，圆柱螺旋线（9）为锥形螺杆（1）各横截面圆圆心点的集合；锥形螺杆外曲面（5）就是由无数个偏心于锥螺杆中心线（3）的平行圆形组成的平滑曲面，且由锥形螺杆小端面（10）至锥形螺杆大端面（11）间，锥形螺杆的横截面圆半径越大；
锥形衬套中心线（4）为锥形衬套（2）的旋转中心线；所述锥形衬套内曲面（6）的横截面是由两个半圆弧（13）和两条直线段（14）组成的长圆形（12）；锥形衬套内曲面（6）就是由无数个长圆形（12）周期旋转组成的平滑曲面；且由锥形衬套小端面（15）至锥形衬套大端面（16）间，长圆形（12）中的半圆弧（13）的半径越大，直线段（14）长度不变。
2.根据权利要求1所述的一种锥螺杆-衬套副，其特征在于：锥形螺杆（1）置于锥形衬套（2）内腔中，锥形螺杆中心线（3）与锥形衬套中心线（4）保持平行，且距离等于锥形螺杆（1）的偏心距e；如此，锥形螺杆外曲面（5）与锥形衬套内曲面（6）相互啮合形成一系列腔室，如腔室A、B、C、D，其中腔室A与入口端（7）相连，腔室D与出口端（8）相连，且锥螺杆-衬套副的过流面积从入口端（7）至出口端（8）逐渐减小；为保证入口端（7）与出口端（8）相互隔开，锥螺杆-衬套副的轴向长度应大于一个锥形衬套导程T，使得锥形螺杆（1）与锥形衬套（2）之间能够形成密封腔室，所形成的密封腔室容积由入口端（7）至出口端（8）逐渐减小，如此使得工作介质中的气体被压缩后，工作介质仍能够充满腔室，消除困油现象；
锥形衬套（2）固定不动，锥形螺杆（1）绕衬套中心线（4）作公转的同时，也绕锥形螺杆中心线（3）作自转，且公转与自转的方向相反、大小相等；随着锥形螺杆（1）的转动，锥螺杆-衬套副靠近入口端（7）的第一个腔室容积逐渐增大，在吸入端形成真空，吸入工作介质，至腔室完全封闭，不断向出口端（8）旋转移动，同时靠近出口端（8）的最后一个腔室逐渐消失，工作介质被完全挤压出去，在出口端产生压力；当锥螺杆转动时，腔室A吸入工作介质，不断向出口端（8）旋转移动，腔室完全封闭后，随着腔室的推移，腔室容积不断减小，当封闭腔室推移至出口端（8）时，封闭腔室破裂，挤出工作介质，腔室消失；在这整个过程中，随着腔室的推移，入口端不断形成新的腔室，如此随着密封腔室的连续形成、推移和消失，使工作介质从入口端（7）吸入，至出口端（8）排出。
3.根据权利要求1所述的一种锥螺杆-衬套副，其特征在于：锥形螺杆（1）的偏心距与导程分别等于圆柱螺旋线（9）的偏心e和螺距t；锥形螺杆（1）的任一横截面圆半径与该截面距锥形螺杆某端面的距离保持线性关系：设锥形螺杆（1）轴向长度为mt，锥形螺杆小端面（10）的圆半径为r1，锥形螺杆大端面（11）的圆半径为r2，至锥螺杆小端面距离为nt的锥螺杆横截面圆的半径为
Figure FDA0000465823190000021
锥形衬套内曲面（6）的横截面长圆形（12）的旋转导程为T=2t；半圆弧（13）的半径与锥形螺杆（1）的横截面圆半径存在相同的线性关系；锥形衬套小端面（15）的半圆弧半径等于锥形螺杆小端面（10）的圆半径，锥形衬套大端面（16）的半圆弧半径等于锥形螺杆大端面（11）的圆半径；直线段（14）的长度等于锥形螺杆（1）的偏心距的四倍。
4.根据权利要求1或3所述的一种锥螺杆-衬套副，其特征在于：锥形螺杆（1）轴向长度为mt，其中，m>2。
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