CN105317677B - 一种无锐角尖点的螺杆转子 - Google Patents
一种无锐角尖点的螺杆转子 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种无锐角尖点的螺杆转子，属于干式双螺杆真空泵技术领域；所提出的螺杆转子端面型线由6段曲线组成，除圆渐开线AB和齿顶圆弧BC之间为不光滑连接外，其余相邻曲线之间都是光滑连接的；采用圆弧CD和摆线的等距曲线DE将齿顶圆弧BC和齿根圆弧EF光滑连接，消除了原有螺杆转子端面型线中的锐角尖点；在工作中2个螺杆转子端面型线相同，且能够实现正确的啮合；由此螺杆转子端面型线所生成的螺杆转子，由6个齿面组成，除齿顶面(11)和斜齿面(13)之间为不光滑连接外，螺杆转子的其余相邻齿面之间都是光滑连接的，不存在锐角棱边；所提出的螺杆转子具有结构简单、强度高、密封性好、使用寿命长的优点。
Description
技术领域
本发明涉及干式双螺杆真空泵，特别涉及适用于干式双螺杆真空泵的一种无锐角尖点的螺杆转子。
背景技术
干式双螺杆真空泵是一种容积式真空泵，是通过2个能够实现啮合的螺杆转子的同步异向双回转运动，在2个螺杆转子和泵体内腔之间形成周期性变化的工作腔容积，实现气体的吸入、增压和排出，在泵的进口处形成真空；螺杆转子是由螺杆转子端面型线沿轴向作螺旋展开生成的；因此螺杆转子端面型线的性能，及2个螺杆转子端面型线之间的共轭啮合性能直接影响螺杆转子性能和双螺杆真空泵的性能；因此螺杆转子端面型线对双螺杆真空泵的性能(如：密封性、效率、面积利用系数)影响极大。
常用的螺杆转子端面型线为圆渐开线、摆线和圆弧的组合线型；中国申请的发明专利(申请号201310162989.1)公开了一种螺杆转子端面型线，由5段曲线组成，包括：齿根圆弧、变形渐开线、变形渐开线的包络曲线、齿顶圆弧、长摆线；中国申请的实用专利(申请号201220569404.9)公开了一种螺杆转子端面型线，由5段曲线组成，包括：长摆线、小圆弧、短摆线、圆渐开线、大圆弧。
在上述螺杆转子端面型线中，通过长摆线连接齿顶圆弧和齿根圆弧，然而齿顶圆弧与长摆线之间为不光滑连接，形成的夹角很小，为锐角尖点；由此带有锐角尖点的螺杆转子端面型线所生成的螺杆转子存在1段很锐利的棱边，如此锐利的棱边在工作中易磨损，在螺杆转子的加工过程中，此锐利的棱边通常被倒角或倒圆弧，由此失去了型线的啮合性能，对螺杆转子的性能影响很大，造成气体密封性能差、气体泄漏较大，最终影响双螺杆真空泵的极限真空度和抽速。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提出一种无锐角尖点的螺杆转子，其螺杆转子端面型线包括6段曲线，采用相互共轭啮合的1段圆弧CD和1段摆线DE的等距曲线将齿顶圆弧BC与齿根圆弧EF光滑连接，消除了螺杆转子端面型线中的锐角尖点，形成无锐角尖点的螺杆转子端面型线；2个相同的螺杆转子端面型线在同步异向双回转运动中，一侧螺杆转子端面型线的圆弧、摆线的等距曲线，分别与另一侧螺杆转子端面型线的摆线的等距曲线、圆弧能够实现正确的啮合；由此螺杆转子端面型线所生成的螺杆转子，不但满足正确的啮合，而且除齿顶面和斜齿面的连接处不光滑外，其他齿面实现全部光滑过渡，消除了锐角棱边；提高了螺杆转子的密封性能、强度、寿命，使得该螺杆转子能够适用于更高转速，同时提高了双螺杆真空泵的极限真空度和抽速；所提出的螺杆转子丰富了螺杆转子端面型线的类型，对于提高双螺杆真空泵的性能具有重要的意义。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
螺杆转子在工作中作同步异向双回转运动，根据型线的共轭啮合原理，确定该运动方式下与圆弧相啮合的摆线的等距曲线及其相对位置，实现圆弧与齿顶圆弧光滑连接、圆弧与摆线的等距曲线光滑连接、摆线的等距曲线与齿根圆光滑连接；由此螺杆转子端面型线沿轴向作螺旋展开生成螺杆转子，所生成的螺杆转子具有6个齿面，而且除齿顶面和斜齿面的连接处不光滑外，其他齿面实现全部光滑过渡；2个螺杆转子的螺杆转子端面型线相同，且在工作中能够实现正确的啮合，从而提高了螺杆转子的综合性能。
一种螺杆转子端面型线，由6段曲线组成，依次为：圆渐开线AB、齿顶圆弧BC、圆弧CD、摆线的等距曲线DE、齿根圆弧EF和摆线FA；摆线的等距曲线DE是摆线(1)的等距曲线以原点O为旋转中心，逆时针旋转γ角度后得到；齿顶圆弧BC与圆弧CD光滑连接，圆弧CD与摆线的等距曲线DE光滑连接，摆线的等距曲线DE与齿根圆弧EF光滑连接，实现螺杆转子端面型线除圆渐开线AB和齿顶圆弧BC连接处不光滑外，其他型线全部光滑连接，同时保证齿顶圆中心角与齿根圆中心角相等。
一种无锐角尖点的螺杆转子，由螺杆转子端面型线沿轴向作螺旋展开生成，螺旋圈数大于2，由6个齿面组成，依次为：齿顶面(11)、斜齿面(13)、齿面(14)、齿根面(15)、凹齿面(16)、圆弧齿面(17)；这些齿面依次由螺杆转子端面型线中的齿顶圆弧BC、圆渐开线AB、摆线FA、齿根圆弧EF、摆线的等距曲线DE和圆弧CD沿轴向作螺旋展开生成；所述的齿顶面(11)与圆弧齿面(17)光滑过渡，圆弧齿面(17)与凹齿面(16)光滑过渡，凹齿面(16)与齿根面(15)光滑过渡。除了齿顶面(11)和斜齿面(13)连接处不光滑外，螺杆转子的其他齿面全部光滑过渡；相互啮合的2个螺杆转子的螺杆转子端面型线相同，2个螺杆转子在工作中能够实现全部齿面的正确的啮合。
一种双螺杆真空泵，使用上述一种无锐角尖点的螺杆转子。
本发明的有益效果为：
所提出的螺杆转子端面型线包括6段曲线，没有锐角尖点；由此螺杆转子端面型线沿轴向作螺旋展开，所生成螺杆转子没有锐角棱边；相互啮合的2个螺杆转子的螺杆转子端面型线相同，且2个螺杆转子在工作中能够实现正确的啮合；由此提高了螺杆转子的密封性能和力学性能，提高了双螺杆真空泵的极限真空度和抽速。
附图说明
图1是现有的螺杆转子端面型线图。
图2是所提出的一种无锐角尖点的螺杆转子端面型线图。
图3是所提出的2个无锐角尖点的螺杆转子端面型线的啮合图。
图4是所提出的2个无锐角尖点的螺杆转子端面型线在不同角度的啮合图。
图5是所提出的一种无锐角尖点的螺杆转子端面型线的生成方法图。
图6是所提出的2个无锐角尖点的螺杆转子的啮合图。
图7是所提出的一种无锐角尖点的螺杆转子图。
图中：R1—齿顶圆半径；R2—节圆半径；R3—齿根圆半径；Rb—圆渐开线的基圆半径；301、302—螺杆转子端面型线；1、3—摆线；2—圆渐开线；4—齿顶圆；5—齿根圆；6—圆；7—摆线的等距曲线；8—圆渐开线；9—摆线；α、β、γ—角度；r—圆(6)的半径；11—齿顶面；12—螺旋线；13—斜齿面；14—齿面；15—齿根面；16—凹齿面；17—圆弧齿面；18—齿根面；19—齿面；20—齿顶面；21—螺旋线；22—齿顶面；23—圆弧齿面；24—凹齿面。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，现有的螺杆转子端面型线的齿顶圆弧BC和摆线CD之间的连接点C为锐角尖点。
如图2所示，一种无锐角尖点的螺杆转子端面型线由6段曲线组成，依次为：圆渐开线AB、齿顶圆弧BC、圆弧CD、摆线的等距曲线DE、齿根圆弧EF和摆线FA；采用相互共轭啮合的1段圆弧CD和1段摆线DE的等距曲线将齿顶圆弧BC与齿根圆弧EF光滑连接，消除了螺杆转子端面型线中的锐角尖点，形成无锐角尖点的螺杆转子端面型线；所述的螺杆转子端面型线除圆渐开线AB和齿顶圆弧BC相连接处不光滑外，其他曲线都是光滑连接的。
如图3所示，为2个无锐角尖点的螺杆转子端面型线(301)和(302)之间的啮合关系图，相互啮合的2个螺杆转子端面型线(301)和(302)相同，螺杆转子端面型线(301)中的圆渐开线AB、点B、齿顶圆弧BC、圆弧CD、摆线的等距曲线DE、齿根圆弧EF和摆线FA，分别与螺杆转子端面型线(302)中的圆渐开线ab、摆线fa、齿根圆弧ef、摆线的等距曲线de、圆弧cd、齿顶圆弧bc和点b能够实现正确的啮合。
如图4所示，为2个螺杆转子端面型线在不同角度的啮合图，(a)～(i)图中各相邻图所对应的主轴转角相错10°；即(a)图到(b)图螺杆转子端面型线(301)顺时针旋转10°，螺杆转子端面型线(302)逆时针旋转10°；(b)图到(c)图螺杆转子端面型线(301)顺时针旋转10°，螺杆转子端面型线(302)逆时针旋转10°；以此类推；在(a)、(b)、(c)和(d)图中，螺杆转子端面型线(301)中的圆弧CD与螺杆转子端面型线(302)中的摆线的等距曲线de相互啮合；在(f)、(g)、(h)和(i)图中，螺杆转子端面型线(301)中的摆线的等距曲线DE与螺杆转子端面型线(302)中的圆弧cd相互啮合；可见，在工作中螺杆转子端面型线(301)的圆渐开线AB、尖点B、齿顶圆弧BC、圆弧CD、摆线的等距曲线DE、齿根圆弧EF和摆线FA，分别与螺杆转子端面型线(302)的圆渐开线ab、摆线fa、齿根圆弧ef、摆线的等距曲线de、圆弧cd、齿顶圆弧bc和尖点b能够实现正确的啮合。
如图5所示，为一种无锐角尖点的螺杆转子端面型线的生成方法图；螺杆转子端面型线的生成方法如下：
①如图5(a)所示，按以下方程生成5段曲线，分别为：摆线(1)、圆渐开线(2)、摆线(3)、齿顶圆(4)和齿根圆(5)，各段曲线的方程如下：
摆线(1)的方程为：
圆渐开线(2)的方程为：
摆线(3)的方程为：
齿顶圆(4)的方程为：
齿根圆(5)的方程为：
以上：t—角度参数，rad；R1—齿顶圆半径，mm；R2—节圆半径，mm；R3—齿根圆半径，mm；Rb—圆渐开线的基圆半径，mm；r—圆弧半径，mm；
②如图5(b)所示，将摆线(1)等距偏移2r后的曲线绕原点O逆时针旋转γ角度，与半径为R1-r的圆相交，在其交点作半径为r的圆(6)，圆(6)与齿顶圆(4)相切；将摆线(1)等距偏移r，偏移后的曲线绕原点O逆时针旋转γ角度得到摆线的等距曲线(7)，摆线的等距曲线(7)同时与圆(6)和齿根圆(5)相切；得圆弧CD和摆线的等距曲线DE；角度γ由如下公式确定：
(x0,y0)为以下2曲线的交点：
x2+y2＝(R1-r)2
③如图5(b)所示，将圆渐开线(2)绕原点O顺时针旋转α角度，得圆渐开线(8)；J将摆线(3)顺时针旋转β角度，得摆线(9)，圆(9)同时与齿根圆(5)和圆渐开线(8)相切；得圆渐开线AB、摆线FA和齿根圆弧EF；角度α、β由如下公式确定：
如图6所示，为2个无锐角尖点的螺杆转子的啮合图，相互啮合的2个螺杆转子的螺杆转子端面型线相同，螺杆转子(601)为螺杆转子端面型线沿轴向作逆时针螺旋展开生成，螺杆转子(602)为螺杆转子端面型线沿轴向作顺时针螺旋展开生成，在工作中螺杆转子(601)的齿顶面(11)、螺旋线(12)、斜齿面(13)、齿面(14)、齿根面(15)、凹齿面(16)、圆弧齿面(17)，分别与螺杆转子(602)的齿根面(18)、齿面(19)、斜齿面(20)、螺旋线(21)、齿顶面(22)、圆弧齿面(23)、凹齿面(24)能够实现正确的啮合。
如图7所示，为一种无锐角尖点的螺杆转子图，螺杆转子是由螺杆转子端面型线沿轴向作螺旋作展开生成，螺旋圈数大于2，包括6个齿面，依次为：齿顶面(11)、螺旋线(12)、斜齿面(13)、齿面(14)、齿根面(15)、凹齿面(16)、圆弧齿面(17)；其中齿顶面(11)与圆弧齿面(17)光滑过渡，圆弧齿面(17)与凹齿面(16)光滑过渡，凹齿面(16)与齿根面(15)光滑过渡。
所提出的一种无锐角尖点的螺杆转子的特点是：无锐角尖点螺杆转子由一种螺杆转子端面型线沿轴向作螺旋展开生成，所述的螺杆转子端面型线由6段曲线组成：圆渐开线AB、齿顶圆弧BC、圆弧CD、摆线的等距曲线DE、齿根圆弧EF和摆线FA；所述的螺杆转子端面型线除圆渐开线AB和齿顶圆弧BC相连接处不光滑外，其他型线都是光滑连接的；由此螺杆转子端面型线生成一种无锐角尖点的螺杆转子，包括6个齿面，其中齿顶面(11)与圆弧齿面(17)光滑过渡、圆弧齿面(17)与凹齿面(16)光滑过渡、凹齿面(16)与齿根面(15)光滑过渡，因此能有效的减少磨损和变形，消除了容易产生应力集中的区域，且有利于气体密封；工作中螺杆转子(601)的凹齿面(16)、圆弧齿面(17)，分别与螺杆转子(602)的圆弧齿面(23)、凹齿面(24)能够实现正确的啮合；因而所提出的螺杆转子的具有较高的强度和良好的密封性能，同时提高了双螺杆真空泵的极限真空度和抽速。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (4)
1.一种无锐角尖点的螺杆转子，其左螺杆转子端面型线(301)包括6段曲线：左圆渐开线AB、左齿顶圆弧BC、左圆弧CD、左摆线的等距曲线DE、左齿根圆弧EF和左摆线FA；其特征是：采用相互共轭啮合的1段左圆弧CD和1段左摆线的等距曲线DE将左齿顶圆弧BC与左齿根圆弧EF光滑连接；采用左摆线FA将左齿根圆弧EF和左圆渐开线AB光滑连接；所述的一种无锐角尖点的螺杆转子，其端面型线的组成曲线中，除左圆渐开线AB和左齿顶圆弧BC的连接左点B是不光滑点，其他相邻曲线之间都是光滑连接的；并且相同的2个螺杆转子端面型线在同步异向双回转运动中能够实现正确的啮合，左螺杆转子端面型线(301)中的左圆渐开线AB、左点B、左齿顶圆弧BC、左圆弧CD、左摆线的等距曲线DE、左齿根圆弧EF和左摆线FA，分别与右螺杆转子端面型线(302)中的右圆渐开线ab、右摆线fa、右齿根圆弧ef、右摆线的等距曲线de、右圆弧cd、右齿顶圆弧bc和右点b能够实现正确的啮合；
左螺杆转子端面型线(301)的生成方法如下：
①按以下方程生成5段曲线，分别为：第一摆线(1)、第一圆渐开线(2)、第二摆线(3)、齿顶圆(4)和齿根圆(5)，各段曲线的方程如下：
第一摆线(1)的方程为：
第一圆渐开线(2)的方程为：
第二摆线(3)的方程为：
齿顶圆(4)的方程为：
齿根圆(5)的方程为：
以上：t—角度参数，rad；R1—齿顶圆半径，mm；R2—节圆半径，mm；R3—齿根圆半径，mm；Rb—圆渐开线的基圆半径，mm；r—圆弧半径，mm；
②将第一摆线(1)向外侧等距偏移2r，偏移后的曲线再绕原点O逆时针旋转γ角度，与以原点O为圆心、半径为R1-r的圆相交，以其交点为圆心作半径为r的圆(6)，圆(6)与齿顶圆(4)相切，其切点为C；将第一摆线(1)向外侧等距偏移r，偏移后的曲线绕原点O逆时针旋转γ角度，得到摆线的等距曲线(7)，摆线的等距曲线(7)同时与圆(6)和齿根圆(5)相切，其切点分别为D、E，得到左圆弧CD和左摆线的等距曲线DE；角度γ由如下公式确定：
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(x0,y0)为以下2曲线的交点：
x2+y2＝(R1-r)2
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③将第一圆渐开线(2)绕原点O顺时针旋转α角度，得到第二圆渐开线(8)；将第二摆线(3)顺时针旋转β角度，得到第三摆线(9)，第三摆线(9)同时与齿根圆(5)和第二圆渐开线(8)相切，其切点分别为F、A；得到左圆渐开线AB、左摆线FA和左齿根圆弧EF；角度α、β由如下公式确定：
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2.如权利要求1所述的一种无锐角尖点的螺杆转子，其特征是：螺杆转子端面型线沿轴向作螺旋展开生成，螺旋圈数大于2，由6个齿面组成：左齿顶面(11)、左斜齿面(13)、左齿面(14)、左齿根面(15)、左凹齿面(16)、左圆弧齿面(17)，这些齿面依次由左螺杆转子端面型线(301)中的左齿顶圆弧BC、左圆渐开线AB、左摆线FA、左齿根圆弧EF、左摆线的等距曲线DE和左圆弧CD沿轴向作螺旋展开生成；所述的左齿顶面(11)与左圆弧齿面(17)光滑过渡，左圆弧齿面(17)与左凹齿面(16)光滑过渡，左凹齿面(16)与左齿根面(15)光滑过渡。
3.如权利要求2所述的一种无锐角尖点的螺杆转子，其特征是：相互啮合的2个螺杆转子由同一螺杆转子端面型线沿轴向作螺旋展开生成，左螺杆转子(601)为左螺杆转子端面型线(301)沿轴向作逆时针螺旋展开生成，右螺杆转子(602)为右螺杆转子端面型线沿轴向作顺时针螺旋展开生成，在工作中能够实现左螺杆转子(601)的左齿顶面(11)、左螺旋线(12)、左斜齿面(13)、左齿面(14)、左齿根面(15)、左凹齿面(16)、左圆弧齿面(17)，分别与右螺杆转子(602)的右齿根面(18)、右齿面(19)、右斜齿面(20)、右螺旋线(21)、右齿顶面(22)、右圆弧齿面(23)、右凹齿面(24)能够实现正确的啮合。
4.一种双螺杆真空泵，其特征是：使用如权利要求1所述的螺杆转子。
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