CN104019034B - 一种螺杆真空泵的螺杆组件 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种螺杆真空泵的螺杆组件，属于真空泵设备技术领域。它解决了现有的螺杆真空泵的螺杆组件传动效率较低的问题。本螺杆真空泵的螺杆组件，包括两根螺杆，螺杆的端面型线由一段外摆线、一段内摆线、一段齿根圆弧、一段长幅外摆线和一段齿顶圆弧组成，螺杆的端面型线绕着螺杆轴线依次为外摆线、内摆线、齿根圆弧、长幅外摆线和齿顶圆弧；一根螺杆上的外摆线与另一根螺杆上的内摆线为共轭曲线，一根螺杆上的齿根圆弧与另一根螺杆上的齿顶圆弧为共轭曲线。本螺杆真空泵的螺杆组件能够实现完全密封，密封线短，工作效率高。

Description

一种螺杆真空泵的螺杆组件

技术领域

本发明属于真空泵设备技术领域，涉及一种螺杆真空泵的螺杆组件。

背景技术

干式螺杆真空泵是技术含量非常高的科技产品，主要应用于高纯净的真空工艺过程,真空度极高，可适应恶劣工况，具有抽取凝性、含颗粒物气体的能力，特别适宜于电子，化工和生物医药等领域。干式螺杆真空泵是一种容积泵，依靠泵内的两根螺杆转子与泵体内腔形成的密闭容积输送气体，在泵的进口处形成真空。干式螺杆真空泵的关键技术是一对互相啮合的螺旋转子，互相啮合的转子的关键是转子的端面型线，端面型线的好坏，将直接影响到螺杆真空泵的性能，如密封性、效率、面积利用系数等，同时决定了泵的加工制造成本。

如中国发明专利申请(申请号：201010605321.6)公开了一种螺杆真空泵转子型线，分别采用五段曲线组成第一转子和第二转子端面型线，以相同的中心距A和不同头数的转子来构成螺杆真空泵的两个转子的型线系列，该发明的螺杆真空泵转子型线应用于两个转子，第一转子和第二转子为共轭转子端面型线，完全相同，只是分别采用左旋和右旋，即可形成啮合关系，但该设计的螺旋线和大圆弧、螺旋线包络线与小圆弧之间不是平滑过渡，特别这两处曲线交点位置不完全共轭，存在比较明显的泄漏区，而且过渡区域制造比较费时，采用该种设计的变螺距螺杆，由于齿根圆弧包角相对较小，螺杆齿根部位宽带较小，相对制造比较困难，采用两种型线的螺杆真空泵无法设计较高的压缩比。

发明内容

本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种螺杆真空泵的螺杆组件，该螺杆真空泵的螺杆组件能够实现完全密封，密封线短，工作效率高。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种螺杆真空泵的螺杆组件，包括两根端面型线相同、旋向相反的螺杆，其特征在于，所述螺杆的端面型线由一段外摆线、一段内摆线、一段齿根圆弧、一段长幅外摆线和一段齿顶圆弧组成，螺杆的端面型线绕着螺杆轴线依次为外摆线、内摆线、齿根圆弧、长幅外摆线和齿顶圆弧；一根螺杆上的外摆线与另一根螺杆上的内摆线为共轭曲线，一根螺杆上的齿根圆弧与另一根螺杆上的齿顶圆弧为共轭曲线。

两根螺杆相平行并反向外啮合形成螺杆转子，螺杆的端面型线，即转子的齿面与转子轴线垂直面的截交线，本螺杆的型线端面为单头，在齿顶圆弧与齿根圆弧之间增设外摆线、内摆线、长幅外摆线并使相互之间平滑过渡，能够形成严格密封，避免两根螺杆啮合后形成泄漏区域，即一个螺距范围内就能够形成严格的自成密封腔，结构紧凑、刚度较好；当然一个螺距范围内也使得密封线较短，因此密封性能好，效率高；上述的齿根圆弧形成较大的包角，螺杆齿根部位宽度较大，因此可以设计较高的压缩比，且加工该螺杆时也能够采用较大的刀具切削，加工效率较高。

在上述的螺杆真空泵的螺杆组件中，所述外摆线与内摆线交点、长幅外摆线与齿根圆弧交点、长幅外摆线与齿顶圆弧交点以及圆弧圆心位于同一直线上。

在上述的螺杆真空泵的螺杆组件中，所述外摆线与内摆线交点位于型线节圆上；型线节圆圆心与齿根圆弧圆心重合。使得外摆线与内摆线之间形成平滑过渡，避免在交点处出现滞留、泄漏区域，提高密封性和工作效率。

在上述的螺杆真空泵的螺杆组件中，所述型线节圆半径所述两根螺杆的轴心距L＝R_a+R_b，其中R_a为齿顶圆弧半径，R_b为齿根圆弧半径。保证了两根螺杆的齿面在啮合点能够完全贴合，保证密封性。

在上述的螺杆真空泵的螺杆组件中，所述外摆线转角与内摆线转角相同。两根螺杆啮合传动过程中，相同的转角能够保证一根螺杆的外摆线与另一根螺杆的内摆线完全相对并逐渐啮合，避免一根螺杆外摆线或者内摆线与另一根螺杆的齿根圆弧或者齿顶圆弧出现啮合，出现泄漏区域。

在上述的螺杆真空泵的螺杆组件中，所述外摆线转角r为外摆线与内摆线的生成圆半径，

在上述的螺杆真空泵的螺杆组件中，所述外摆线的方程式包括式1和式2，

式1：

式2：式中x₁、y₁是外摆线上点的直角坐标；是外摆线齿廓上任一点的转角，

在上述的螺杆真空泵的螺杆组件中，所述内摆线的方程式包括式3和式4，

式3：

式4：式中：x₂、y₂是内摆线上点的直角坐标；是内摆线齿廓上任一点的转角， 是内摆线的转角。通过上述外摆线与内摆线的公式计算获得，使得内摆线与外摆线以及与其他型线分段平滑过渡，在螺杆啮合传动时形成严格密封。

在上述的螺杆真空泵的螺杆组件中，所述长幅外摆线的方程式包括式5和式6，

式5：

式6：式中x₃、y₃是长幅外摆线上点的直角坐标；是长幅外摆线转角，β是长幅外摆线在坐标系内旋转的初始角。是长幅外摆线转角，即一根螺杆相对与另一根螺杆的转角，β是外摆线与内摆线交点、长幅外摆线与齿根圆弧交点、长幅外摆线与齿顶圆弧交点以及圆弧圆心所连成的连线与两根螺杆轴心线的垂直连线之间的夹角。

在上述的螺杆真空泵的螺杆组件中，所述螺杆的长幅外摆线侧面与螺杆的外侧面之间具有倒角。该倒角能够有利于对螺杆的切削加工，使得加工更加方便。

与现有技术相比，本螺杆真空泵的螺杆组件具有以下优点：

1、由于在齿顶圆弧与齿根圆弧之间增设外摆线、内摆线、长幅外摆线并使相互之间平滑过渡，能够形成严格密封，避免两根螺杆啮合后形成泄漏区域，即一个螺距范围内就能够形成严格的自成密封腔，结构紧凑、刚度较好，一个螺距范围内也使得密封线较短，因此密封性能好，效率高。

2、由于一根螺杆上的齿根圆弧与另一根螺杆上的齿顶圆弧为共轭曲线，一根螺杆上的外摆线与另一根螺杆上的内摆线为共轭曲线，即外摆线与内摆线的转角相同，因此能够保证一根螺杆的外摆线与另一根螺杆的内摆线完全相对并逐渐啮合，避免一根螺杆外摆线或者内摆线与另一根螺杆的齿根圆弧或者齿顶圆弧出现啮合，出现泄漏区域。

3、由于齿根圆弧形成较大的包角，螺杆齿根部位宽度较大，因此可以设计较高的压缩比，同时结合螺杆的长幅外摆线侧面与螺杆的外侧面之间形成倒角结构，在加工该螺杆时也能够采用较大的刀具切削，加工效率较高。

附图说明

图1是螺杆的结构示意图。

图2是螺杆组件转子型线的结构示意图。

图3是螺杆组件运转到不同角度时的型线结构示意图。

图中，1、螺杆；2、外摆线；3、内摆线；4、齿根圆弧；5、长幅外摆线；6、齿顶圆弧；7、型线节圆。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

如图1、图2所示，一种螺杆真空泵的螺杆组件，包括两根端面型线相同、旋向相反的螺杆1，两根螺杆1相平行并反向外啮合形成螺杆1转子，螺杆1转子具有型线，即转子的齿面与转子轴线垂直面的截交线，本螺杆1的端面型线为单头，由一段外摆线2、一段内摆线3、一段齿根圆弧4、一段长幅外摆线5和一段齿顶圆弧6组成，且螺杆1的端面型线绕着螺杆1轴线依次为外摆线2、内摆线3、齿根圆弧4、长幅外摆线5和齿顶圆弧6。一根螺杆1上的外摆线2与另一根螺杆1上的内摆线3为共轭曲线，一根螺杆1上的齿根圆弧4与另一根螺杆1上的齿顶圆弧6为共轭曲线。在齿顶圆弧6与齿根圆弧4之间增设外摆线2、内摆线3、长幅外摆线5并使相互之间平滑过渡，能够形成严格密封，避免两根螺杆1啮合后形成泄漏区域，即一个螺距范围内就能够形成严格的自成密封腔，结构紧凑、刚度较好；当然一个螺距范围内也使得密封线较短，因此密封性能好，效率高；上述的齿根圆弧4形成较大的包角，螺杆1齿根部位宽度较大，因此可以设计较高的压缩比，且加工该螺杆1时也能够采用较大的刀具切削，加工效率较高。

具体来说，结合图3所示，外摆线2与内摆线3交点、长幅外摆线5与齿根圆弧4交点、长幅外摆线5与齿顶圆弧6交点以及圆弧圆心位于同一直线上。外摆线2与内摆线3交点位于型线节圆7上，型线节圆7圆心与齿根圆弧4圆心重合，使得外摆线2与内摆线3之间形成平滑过渡，避免在交点处出现滞留、泄漏区域，提高密封性和工作效率。外摆线2转角与内摆线3转角相同，两根螺杆1啮合传动过程中，相同的转角能够保证一根螺杆1的外摆线2与另一根螺杆1的内摆线3完全相对并逐渐啮合，避免一根螺杆1的外摆线2或者内摆线3与另一根螺杆1的齿根圆弧4或者齿顶圆弧6出现啮合，出现泄漏区域。螺杆1的长幅外摆线5侧面与螺杆1的外侧面之间具有倒角，该倒角能够有利于对螺杆1的切削加工，使得加工更加方便。

型线节圆7半径

两根螺杆1的轴心距L＝R_a+R_b；

其中R_a为齿顶圆弧6半径，R_b为齿根圆弧4半径，保证了两根螺杆1的齿面在啮合点能够完全贴合，保证密封性。

外摆线2转角

$r=\frac{R_a-R_b}{4};$

r为外摆线2与内摆线3的生成圆半径；

外摆线2的方程式包括式1和式2，

式1：

式2：

式中x₁、y₁是外摆线2上点的直角坐标；是外摆线2齿廓上任一点的转角，

内摆线3的方程式包括式3和式4，

式3：

式4：

式中：x₂、y₂是内摆线3上点的直角坐标；是内摆线3齿廓上任一点的转角，是内摆线3的转角。通过上述外摆线2与内摆线3的公式计算获得，使得内摆线3与外摆线2以及与其他型线分段平滑过渡，在螺杆1啮合传动时形成严格密封。

长幅外摆线5的方程式包括式5和式6，

式5：

式6：式中x₃、y₃是长幅外摆线5上点的直角坐标；是长幅外摆线5转角，β是长幅外摆线5在坐标系内旋转的初始角，该初始角β是外摆线2与内摆线3交点、长幅外摆线5与齿根圆弧4交点、长幅外摆线5与齿顶圆弧6交点以及圆弧圆心所连成的连线与两根螺杆1轴心线的垂直连线之间的夹角。

设计螺杆1时预先设定R_a和R_b，通过上述的公式计算，并取用不同的值能够获得完整的螺杆1端面型线，如以图2所示状态时进行计算：

R_a＝70，R_b＝30，β＝-90°；

计算可得R_P＝50，r＝10；

建立直角坐标系，其中齿顶圆弧6和齿根圆弧4的圆心均与坐标系的原点重合，通过公式计算获得型线在该坐标系上的x和y；

外摆线2计算：

当时，x＝0，y＝50，该点为外摆线2与内摆线3的交点；

当时，x＝9.03，y＝60.15，即当取范围内的不同值以求得外摆线2上的不同点；

当时，x＝41.15，y＝56.63，该点为外摆线2与齿顶圆弧6的交点；

内摆线3计算：

当时，x＝0，y＝50，该点为外摆线2与内摆线3的交点；

当时，x＝-2.85，y＝34.95；即当取范围内的不同值以求得内摆线3上的不同点；

当时，x＝-17.61，y＝24.27，该点为内摆线3与齿根圆弧4的交点；

长幅外摆线5计算：

当时，x＝0，y＝-30，该点为长幅外摆线5与齿根圆弧4的交点；

当时，x＝6.58，y＝-32.7；

当时，x＝0，y＝-70，即长幅外摆线5与齿顶圆弧6的交点。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了螺杆1、外摆线2、内摆线3、齿根圆弧4等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (10)

1.一种螺杆真空泵的螺杆组件，包括两根端面型线相同、旋向相反的螺杆(1)，其特征在于，所述螺杆(1)的端面型线由一段外摆线(2)、一段内摆线(3)、一段齿根圆弧(4)、一段长幅外摆线(5)和一段齿顶圆弧(6)组成，螺杆(1)的端面型线绕着螺杆(1)轴线依次为外摆线(2)、内摆线(3)、齿根圆弧(4)、长幅外摆线(5)和齿顶圆弧(6)；一根螺杆(1)上的外摆线(2)与另一根螺杆(1)上的内摆线(3)为共轭曲线，一根螺杆(1)上的齿根圆弧(4)与另一根螺杆(1)上的齿顶圆弧(6)为共轭曲线；所述外摆线(2)与内摆线(3)交点位于型线节圆(7)上；所述外摆线(2)转角r为外摆线(2)与内摆线(3)的生成圆半径，R_p为型线节圆(7)的半径。

2.根据权利要求1所述的螺杆真空泵的螺杆组件，其特征在于，所述外摆线(2)与内摆线(3)交点、长幅外摆线(5)与齿根圆弧(4)交点、长幅外摆线(5)与齿顶圆弧(6)交点以及圆弧圆心位于同一直线上。

3.根据权利要求2所述的螺杆真空泵的螺杆组件，其特征在于，型线节圆(7)圆心与齿根圆弧(4)圆心重合。

4.根据权利要求1或2或3所述的螺杆真空泵的螺杆组件，其特征在于，所述型线节圆(7)半径所述两根螺杆(1)的轴心距L＝R_a+R_b，其中R_a为齿顶圆弧(6)半径，R_b为齿根圆弧(4)半径。

5.根据权利要求1或2或3所述的螺杆真空泵的螺杆组件，其特征在于，所述外摆线(2)转角与内摆线(3)转角相同。

6.根据权利要求4所述的螺杆真空泵的螺杆组件，其特征在于，所述外摆线(2)与内摆线(3)的生成圆半径

7.根据权利要求6所述的螺杆真空泵的螺杆组件，其特征在于，所述外摆线(2)的方程式包括式1和式2，

式1：

式2：式中x₁、y₁是外摆线(2)上点的直角坐标；是外摆线(2)齿廓上任一点的转角，

8.根据权利要求7所述的螺杆真空泵的螺杆组件，其特征在于，所述内摆线(3)的方程式包括式3和式4，

式3：

式4：式中：x₂、y₂是内摆线(3)上点的直角坐标；是内摆线(3)齿廓上任一点的转角， 是内摆线(3)的转角。

9.根据权利要求1或2或3所述的螺杆真空泵的螺杆组件，其特征在于，所述长幅外摆线(5)的方程式包括式5和式6，

式5：

式6：式中x₃、y₃是长幅外摆线(5)上点的直角坐标；是长幅外摆线(5)转角，β是长幅外摆线(5)在坐标系内旋转的初始角；其中R_a为齿顶圆弧(6)半径。

10.根据权利要求1或2或3所述的螺杆真空泵的螺杆组件，其特征在于，所述螺杆(1)的长幅外摆线(5)侧面与螺杆(1)的外侧面之间具有倒角。