CN104776027A - 严格密封型干式螺杆真空泵螺杆转子型线 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种严格密封型干式螺杆真空泵螺杆转子型线，属于干式螺杆真空泵技术领域，本发明的转子型线由六段曲线组成，包括渐开线ab、过渡曲线bc、齿顶圆弧cd、长摆线de、齿根圆弧ef、过渡曲线fa，所述的过渡曲线bc与fa设计成圆弧与摆线共轭或者摆线与圆弧共轭的过渡曲线。本发明藉由在齿顶圆弧、齿根圆弧与渐开线之间增设两条过渡曲线形成平滑连接，可避免形成泄漏区域，形成严格密封，由此形成的端面的变化促使动态性能改善。同时过渡曲线使转子的齿根与齿廓部位平滑连接，可以只用一把刀具加工齿根和齿廓，有效降低制造成本。应用本发明型线的干式螺杆真空泵，可广泛应用于电子、半导体、化工、食品、航天等领域。

Description

严格密封型干式螺杆真空泵螺杆转子型线

本申请是2013年4月26日申请的严格密封型干式螺杆真空泵螺杆转子型线，申请号为201310170259.6的分案申请。

技术领域：

本发明涉及干式螺杆真空泵，特别是一种适用于成对严格密封的干式螺杆真空泵螺杆转子型线。

背景技术：

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。螺杆真空泵转子性能的比较好的型线发明专利几乎都是国外或台湾申请的，国内申请的比较少，且相关的问题比较多。例如，中国申请公开的发明专利201010605321.6，其是自共轭的一对转子型线，但其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。

发明内容：

本发明的目的就是在吸取国内外现有的螺杆真空泵转子型线优缺点的基础上，提供一种结构简单、合理，严格完全密封、性能好，加工效率高的螺杆真空泵螺杆转子型线。

严格密封型干式螺杆真空泵螺杆转子型线，用于平行轴反向外啮合的成对螺杆转子，型线端面设计成单头，螺杆的头数大于等于2头，其特征在于，两个螺杆转子采用完全相同的六段曲线组成的端面型线，包括一段渐开线ab、一段过渡曲线bc、一段齿顶圆弧cd、一段长摆线de、一段齿根圆弧ef、一段过渡曲线fa，所述的渐开线ab与齿顶圆弧由过渡曲线bc平滑过渡，所述的渐开线ab和齿根圆弧ef由过渡曲线fa平滑过渡，所述的过渡曲线bc与过渡曲线fa设计成圆弧与摆线共轭或者摆线与圆弧共轭的过渡曲线。本发明藉由在齿顶圆弧、齿根圆弧与渐开线之间增设两条曲线形成平滑连接，可避免形成泄漏区，采用所述的型线的成对螺杆转子严格密封，由此所达到的端面的变化促使动态性能改善。设置的过渡圆弧及其共轭曲线，在啮合过程中无内部封闭区域，降低噪声，节省驱动能源，同时曲线过渡使转子的齿根与齿廓部位平滑连接，可以只用一把刀具一起加工齿根和齿廓，可有效降低制造成本，提升效益。

附图说明：

图1是本发明一个实施例干式螺杆真空泵螺杆转子型线的结构示意图。

图2是本发明另一个实施例干式螺杆真空泵螺杆转子型线的结构示意图。

图3是本发明一个实施例转子轴向局部剖视图。

图4是本发明一个实施例螺杆转子啮合线轴向投影示意图。

图5是本发明一个实施例螺杆转子空间啮合线示意图。

具体实施方式：

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

本发明是一种成对、共轭的、严格密封的干式螺杆真空泵螺杆转子型线，如图1和图2所示，螺杆转子1与螺杆转子2采用完全相同的六段曲线组成的端面型线，该型线是由一段渐开线ab、一段过渡曲线bc、一段齿顶圆弧cd、一段长摆线de、一段齿根圆弧ef、一段过渡曲线fa连接形成，所述的渐开线ab与齿顶圆弧cd由过渡曲线bc平滑过渡，所述的渐开线ab和齿根圆弧ef由过渡曲线fa平滑过渡，所述的过渡曲线bc与过渡曲线fa设计成圆弧与摆线共轭或者摆线与圆弧共轭的过渡曲线。

图1的实施例中，两螺杆转子在相对啮合滚动时，端面型线中，转子2的端面型线a’b’是转子1的渐开线ab的包络线形成，与渐开线ab完全相同的渐开线，转子2的过渡摆线f’a’是转1的圆弧bc的包络线形成，转子2的齿顶圆弧线c’d’与转子1的齿根圆弧线ef共轭，转子1的摆线de由转子2的点f’形成，转子2的摆线d’e’由转子1的点f形成。

图2的实施例中，转子2的过渡摆线b’c’是转1的圆弧fa的包络线形成，其它曲线的形成和图1的实施例相同。

图1的实施例中，过渡曲线bc是过渡圆弧，对应的共轭曲线fa是过渡摆线，螺杆转子1端面型线曲线形成的方式如下：

1)渐开线ab的形成

${\mathrm{\φ}}_0=\tan \left(a\cos \left(\frac{r_0}{R_p}\right)\right)-a\cos \left(\frac{r_0}{R_p}\right)$

式中：x、y是渐开线上点的直角坐标，是齿廓上任一点的转角，是渐开线的初始转角，是渐开线的转角范围，R_b是齿根圆半径，R_a是齿顶圆半径，r₁是过渡圆弧半径，需给定初始值，r₀是渐开线的生成圆半径，r₀≤R_b；R_p是节圆半径。

2)过渡圆弧bc的形成

式中：x、y是过渡圆弧上点的直角坐标，r₁是过渡圆弧半径，是过渡圆弧形成的转角；

3)齿顶圆弧cd的形成

ρ＝R_a

式中：ρ是齿顶圆弧矢量半径，是齿顶圆弧形成的转角；

4)摆线de的形成

式中：x、y是长摆线上点的直角坐标，R_p是节圆半径，是长摆线转角，β是长摆线在坐标系内旋转的初始角，β取值-π/2；

5)齿根圆弧ef的形成

ρ＝R_b

式中：ρ是齿根圆弧矢量半径，是齿根圆弧形成的转角；

6)过渡摆线fa，其形成

x₁＝2R_pcosα-bcos2α+r₁cosθ

y₁＝2R_psinα-bsin2α+r₁sinθ

b＝R_a-r₁， $\cos \mathrm{\θ}=\frac{b\cos 2\mathrm{\α}-R_p\cos \mathrm{\α}}{\sqrt{{R_p}^2+b^2-2R_{p}b\cos \mathrm{\α}}},\sin \mathrm{\θ}=\frac{b\sin 2\mathrm{\α}-R_p\sin \mathrm{\α}}{\sqrt{{R_p}^2+b^2-2R_{p}b\cos \mathrm{\α}}},$

式中：x、y是过渡摆线上的点直角坐标，是过渡摆线初始位置角，α是过渡摆线变化角，

图2的实施例中，过渡曲线fa设计成过渡圆弧，对应的共轭的曲线bc是过渡摆线，各段型线曲线形成的方式如下：

1)渐开线ab的形成

${\mathrm{\φ}}_0=\tan \left(a\cos \left(\frac{r_0}{R_p}\right)\right)-a\cos \left(\frac{r_0}{R_p}\right)$

式中：x、y是渐开线上点的直角坐标，是齿廓上任一点的转角，是渐开线的初始转角，是渐开线的转角初始值，R_b是齿根圆半径，R_a是齿顶圆半径，r₀是渐开线的生成圆半径，r₀≤R_b，r₂是过渡圆弧的半径，需要给定初值；R_p是节圆半径。

2)过渡摆线bc，其形成

x₁＝2R_pcosα-bcos2α+r₂cosθ

y₁＝2R_psinα-bsin2α+r₂sinθ

b＝R_b+r₂， $\cos \mathrm{\θ}=\frac{b\cos 2\mathrm{\α}-R_p\cos \mathrm{\α}}{\sqrt{{R_p}^2+b^2-2R_{p}b\cos \mathrm{\α}}},\sin \mathrm{\θ}=\frac{b\sin 2\mathrm{\α}-R_p\sin \mathrm{\α}}{\sqrt{{R_p}^2+b^2-2R_{p}b\cos \mathrm{\α}}},$

式中：x、y是过渡摆线上的点直角坐标，是过渡摆线初始位置角，α是过渡摆线变化角，

3)齿顶圆弧线cd的形成

ρ＝R_a

式中：ρ是齿顶圆弧矢量半径，是齿顶圆弧形成的转角；

4)长摆线de的形成

式中：x、y是长摆线上点的直角坐标，R_p是节圆半径，是长摆线转角，β是长摆线在坐标系内旋转的初始角，β取值-π/2；

5)齿根圆弧ef的形成

ρ＝R_b

式中：ρ是齿根圆弧矢量半径，是齿根圆弧形成的转角；

6)过渡圆弧fa的形成

式中：x、y是过渡圆弧上点的直角坐标，r₂是过渡圆弧半径，是过渡圆弧形成的转角。

当两螺杆转子相对啮合滚动时，螺杆转子1就会在螺杆转子2上形成空间啮合曲线3-4-5-6-7-8-9-10，如图4、图5所示。由于转动是连续的，螺杆转子的啮合合曲线阻断了螺杆真空泵的输入腔和输出腔，且不断地向前推进，从而排出型腔内的气体。

上述一对啮合曲线的形成需要一个螺距长度，为了使输入腔和输出腔在整个运行过程中始终隔离，在一对啮合曲线中断前，必须形成另一对啮合曲线，因此，整个螺杆的头数要大于等于2个。转子1的型线中，齿根圆弧ef与渐开线ab由过渡曲线fa平滑连接，使得转子在齿根11和齿廓12之间形成较大曲率平滑过渡，如图3所示，即保证了转子无泄漏区域，又构成了一个具有共同加工可能性的平滑曲面13，提高加工效率。

综上所述，本发明的一种干式螺杆真空泵转子型线可应用于成对的螺杆转子，两个转子端面型线共轭，完全相同，螺杆转子只需分别采用左旋和右旋，即可形成啮合关系。应用本发明的干式螺杆真空泵转子型线的螺杆真空泵，可广泛应用于电子、半导体、化工、食品、航天等领域。

当然，本技术域内的一般技术人员应当认到，上述实施实施例仅是用来说明，而并非用作对本发明的限定，只要在本发明的实精神范围内，对上述实施例的变化、变型等都将落在本发明权利要求的范围内。

Claims (2)

1.严格密封型干式螺杆真空泵螺杆转子型线，用于平行轴反向外啮合的成对螺杆转子，其特征在于，两个转子采用完全相同的六段曲线组成的端面型线，该端面型线是由一段渐开线ab、一段过渡曲线bc、一段齿顶圆弧cd、一段长摆线de、一段齿根圆弧ef、一段过渡曲线fa连接形成，所述的渐开线ab与齿顶圆弧cd由过渡曲线bc平滑过渡，所述的渐开线ab和齿根圆弧ef由过渡曲线fa平滑过渡，所述的过渡曲线bc与过渡曲线fa设计成摆线与圆弧共轭的过渡曲线；

过渡曲线fa设计成过渡圆弧，对应的共轭的曲线bc是过渡摆线，各段型线曲线形成的方式如下：

1)渐开线ab的形成

${\mathrm{\φ}}_0=\tan \left(a\cos \left(\frac{r_0}{R_p}\right)\right)-a\cos \left(\frac{r_0}{R_p}\right)$

式中：x、y是渐开线上点的直角坐标，是齿廓上任一点的转角，是渐开线的初始转角，是渐开线的转角初始值，R_b是齿根圆半径，R_a是齿顶圆半径，r₀是渐开线的生成圆半径，r₀≤R_b，r₂是过渡圆弧的半径，需要给定初值；R_p是节圆半径；

2)过渡摆线bc，其形成

x₁＝2R_pcosα-b cos2α+r₂cosθ

y₁＝2R_psinα-b sin2α+r₂sinθ

b＝R_b+r₂， $\cos \mathrm{\θ}=\frac{b\cos 2\mathrm{\α}-R_p\cos \mathrm{\α}}{\sqrt{{R_p}^2+b^2-2R_{p}b\cos \mathrm{\α}}},\sin \mathrm{\θ}=\frac{b\sin 2\mathrm{\α}-R_p\sin \mathrm{\α}}{\sqrt{{R_p}^2+b^2-2R_{p}b\cos \mathrm{\α}}},$

式中：x、y是过渡摆线上的点直角坐标，是过渡摆线初始位置角，α是过渡摆线变化角，

3)齿顶圆弧cd的形成

ρ＝R_a

式中：ρ是齿顶圆弧矢量半径，是齿顶圆弧形成的转角；

4)长摆线de的形成

式中：x、y是长摆线上点的直角坐标，R_p是节圆半径，是长摆线转角，β是长摆线在坐标系内旋转的初始角；

5)齿根圆弧ef的形成

ρ＝R_b

式中：ρ是齿根圆弧矢量半径，是齿根圆弧形成的转角；

6)过渡圆弧fa的形成

式中：x、y是过渡圆弧上点的直角坐标，r₂是过渡圆弧半径，是过渡圆弧形成的转角。

2.根据权利要求1所述的严格密封型干式螺杆真空泵螺杆转子型线，其特征在于：齿根圆弧ef与渐开线ab由过渡曲线fa平滑连接，使得转子在齿根(11)和齿廓(12)之间形成较大的外侧曲率半径平滑过渡，构成一个具有共同加工可能性的平滑曲面(13)。