CN105443380B - 双螺杆压缩机转子的齿型 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了双螺杆压缩机转子的齿型，所述双螺杆压缩机包括阴转子和阳转子，其特点在于，阴转子的端面的各齿型由九段二次曲线首尾光滑连接而成，阳转子的端面的各齿型由八段二次曲线首尾光滑连接而成，其中：所述阳转子端面的齿曲线包括圆弧线和圆弧包络线；阴转子端面的齿曲线包括圆弧线、圆弧包络线及摆线。采用上述技术方案后，由于能使阳转子与阴转子在工作过程中实现最佳啮合，相邻两段组成齿曲线在连接点处光滑过渡，转子面积利用系数比较大，接触线较短，泄漏三角形相对较小，型线成流线型，具有好的压缩机热力学性能，从而提高螺杆压缩机的工作效率。

Description

双螺杆压缩机转子的齿型
技术领域
本发明涉及螺杆压缩机的转子端面齿型，尤其涉及一种双螺杆压缩机的转子型线。
背景技术
螺杆压缩机具有结构简单、操作方便、易损件少、配件更换方便、运转安全可靠等优点，因此在工业部门中得到了越来越广泛的应用。螺杆压缩机的发展在很大程度上取决于螺杆转子型线的设计和加工。转子型线是靠啮合线来达到转子间的密封，故减小漏气三角形面积、缩短接触线长度、最大限度减少泄漏成为提高压缩机效率的关键。此外，提高面积利用系数，提高转子及齿的强度、刚度，改善转子的动力性能以及改善气体在齿槽间的流动转动状态等等，对螺杆压缩机的性能也有一定的影响，而这一切无不与压缩机转子的齿型息息相关。随着人们对压缩机工作效率的要求越来越高，对转子的齿型进行创新改进的需求也愈加迫切。首先是对密封的要求,即要求型线能使压缩机有轴向和横向的气密性。具体说来，除要求转子接触线连续外,还要求泄漏三角形面积尽量小，接触线尽量短。而实际上这是一对相互制约的因素，不可能同时达到最满意的指标。在设计转子型线时，关键是要匹配好这两者的关系，其次是要求转子型线有较大的面积利用系数，这样不仅压缩机的体积可以减小，而且单位容量的泄漏损失也要少一些，可使压缩机的工作效率相对提高。另外，型线最好是流线化，以减少气体流动损失，也要便于加工。
发明内容
本发明的目的是：用数学的代数法与图形法结合研制出一种新的螺杆压缩机转子齿型，其中齿型包括阳转子和与其相啮合的阴转子，它们的齿形曲线由点、摆线、圆弧和圆弧包络线连接而成，具有这种齿型的压缩机，由于能使阳转子与阴转子在工作过程中实现最佳啮合，相邻两段组成齿曲线在连接点处光滑过渡，转子面积利用系数比较大，接触线较短，泄漏三角形相对较小，型线成流线型，具有好的压缩机热力学性能，从而提高螺杆压缩机的工作效率，并在加工过程中提高精度，延长刀具的寿命。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：
双螺杆压缩机转子的齿型，所述双螺杆压缩机包括阴转子和阳转子，其特点在于，阴转子的端面的各齿型由九段二次曲线首尾光滑连接而成，阳转子的端面的各齿型由八段二次曲线首尾光滑连接而成，其中：所述阳转子端面的齿曲线包括圆弧线和圆弧包络线；阴转子端面的齿曲线包括圆弧线、圆弧包络线及摆线。
本发明采用用数学的代数法与几何投影法结合研制出一种新型螺杆压缩机转子齿型，本转子型线相比其他型线具有以下优点：
1.本发明藉由在齿根圆弧与齿顶圆弧之间采用圆弧及包络线作为过渡曲线，使齿根、齿顶圆弧与过渡曲线形成平滑连接，可避免形成泄漏区和滞留区，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，有效降低制造成本；
2.阳转子和阴转子的齿形是以销齿圆弧、圆弧和圆弧包络线、点和摆线及对滚圆弧二次曲线为基本组成单元的双边不对称齿形，能提高螺杆压缩机主机效率8％，整机组输入比功率达到国家标准一级能效，尤其适用于低压比大流量的螺杆压缩机；
3.型线齿面间光滑连接，型线上无尖点，便于采用滚削加工和检测，使得刀具寿命大大增加；
4.本发明中后端用点与摆线组成以消除泄漏三角形，而前端采用圆弧与圆弧包络线组成以缩短接触线长度，起到比较好的线密封作用。压缩机中由于转子型线不是直接接触，接触线的长短对压缩机气量的影响会比较大，本发明接触线的长度相对较短，较大程度减少了压缩机的泄露，相对效率比较高。
附图说明
图1是本发明阴转子和阳转子的一种实例在相互啮合时的示意图。
图2是本发明阴转子的齿型线示意图。
图3是本发明阳转子的齿型线示意图。
图中：O1是阳转子的轴心，O2是阴转子的轴心；R1是阳转子的齿顶圆的半径，R2是阴转子齿顶圆的半径；O5是节点；Mj是阳转子的节圆，R1j是阳转子的节圆半径；Fj是阴转子的节圆，R2j是阴转子的节圆半径；A是两转子的中心距，A＝R1j+R2j；O3是阴转子圆弧B2C2的圆心，R3是阴转子圆弧B2C2的半径；O4是阴转子圆弧D2E2的圆心，R4是阴转子圆弧D2E2的半径；O5是阴转子销齿圆弧F2G2和阳转子销齿圆弧F1G1的圆心，R5是阴转子销齿圆弧F2G2和阳转子销齿圆弧F1G1的半径；O6是阴转子销齿圆弧H2I2的圆心，R6是阴转子圆弧H2I2的半径；O7是阳转子圆弧A1B1的圆心，R7是阳转子圆弧A1B1的半径；O8是阴转子圆弧C1D1的圆心，R8是阴转子圆弧C1D1的半径；O9是阳转子圆弧G1H1的圆心，R9是阳转子圆弧G1H1的半径；O10是阳转子圆弧I1J1的圆心，R10是阳转子圆弧I1J1的半径。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明双螺杆压缩机转子的齿型进行详细说明。
请参阅图1至图3。本发明的双螺杆压缩机的阴转子F和阳转子M的转子齿型呈不对称型，且阴转子F上的齿数多于阳转子M上的齿数。本实施例中，阳转子M与阴转子F的齿数比为3:5。
根据本发明一实施例的干式双螺杆压缩机转子的齿型，所述的双螺杆压缩机包括阴转子F和阳转子M。阴转子F的端面的各齿型由九段二次曲线首尾光滑连接而成，阳转子M的端面的各齿型由八段二次曲线首尾光滑连接而成，其中：阳转子端面的齿曲线包括圆弧线和圆弧包络线；阴转子端面的齿曲线包括圆弧线、圆弧包络线及摆线。本实施例中：阴转子各齿型的齿曲线包括顺序光滑连接的：圆弧包络线A2B2、圆弧B2C2、圆弧包络线C2D2、圆弧D2E2、摆线E2F2、销齿圆弧F2G2、圆弧包络线G2H2、圆弧H2I2以及圆弧包络线I2J2；阳转子各齿型的齿曲线包括顺序光滑连接的：圆弧A1B1、圆弧包络线B1C1、圆弧C1D1、圆弧包络线D1E1、销齿圆弧F1G1、圆弧G1H1、圆弧包络线H1I1以及圆弧I1J1，其中，圆弧包络线D1E1的终点E1与销齿圆弧F1G1的起点重合。
请配合参阅图2。阴转子的各齿型的齿曲线中：
圆弧包络线A2B2是由阴转子节圆在沿阳转子节圆上滚动时，相对阳转子圆弧A1B1运动所形成的轨迹的一段圆弧包络线；
圆弧B2C2是以阴转子节圆内部的O3为圆心、以R3为半径形成的一段圆弧，半径R3为n1倍阴转子节圆半径，n1为大于0.1、小于等于0.3的正数，圆弧B2C2在起点B2处与圆弧包络线A2B2光滑连接，在终点C2处与阴转子圆弧包络线C2D2相切连接；
圆弧包络线C2D2是由阴转子节圆在沿阳转子节圆上滚动时，相对阳转子圆弧C1D1运动所形成的轨迹的一段圆弧包络线；
圆弧D2E2是以阴转子节圆内部的O4为圆心、以R4为半径形成的一段圆弧，半径R4为n2倍阴转子节圆半径，n2为大于0.2、小于等于0.3的正数，圆弧D2E2在起点D2处与圆弧C2D2光滑连接，在终点E2处与阴转子摆线E2F2相切连接；
摆线E2F2是点啮合外摆线，由阳转子节圆上的F1点在阴转子节圆外作纯滚动形成；
销齿圆弧F2G2是以节点O5为圆心、R5为半径的一段销齿圆弧；
圆弧包络线G2H2是由阴转子节圆在沿阳转子节圆上滚动时，相对阳转子圆弧G1H1运动所形成的轨迹的一段圆弧包络线；
圆弧H2I2是以阴转子节圆内部的O6为圆心、R6为半径的一段圆弧，半径R6为n3倍阴转子节圆半径，n3为大于0.1、小于等于0.3的正数，圆弧H2I2在起点H2处与圆弧G2H2光滑连接，在终点I2处与阴转子圆弧包络线I2J2相切连接；
圆弧包络线I2J2是由阴转子节圆在沿阳转子节圆上滚动时，相对阳转子圆弧I1J1运动所形成的轨迹的一段圆弧包络线。
请配合参阅图3。阳转子的各齿型的齿曲线中：
圆弧A1B1是以阳转子节圆外部的O7为圆心、R7为半径的一段圆弧，半径R7为n4倍阳转子节圆半径，n4为大于0.1、小于等于0.2的正数，圆弧A1B1在终点B1处与圆弧包络线B1C1光滑连接，在起点A1处与该阳转子相邻另一齿的终点光滑连接；
圆弧包络线B1C1是由阳转子节圆在沿阴转子节圆上滚动时，相对阴转子圆弧B2C2运动所形成的轨迹的一段圆弧包络线；
圆弧C1D1是以阳转子节圆内部的O8为圆心、R8为半径的一段圆弧，半径R8为n5倍阳转子节圆半径，n5为大于0.3、小于等于0.5的正数，圆弧C1D1在起点C1处与圆弧包络线B1C1光滑连接，在终点D1处与阳转子圆弧包络线D1E1相切连接；
圆弧包络线D1E1是由阳转子节圆在沿阴转子节圆上滚动时，相对阴转子圆弧D2E2运动所形成的轨迹的一段圆弧包络线；
销齿圆弧F1G1是以节点O5为圆心、R5为半径的一段销齿圆弧；
圆弧G1H1是以阳转子节圆内部的O9为圆心、R9为半径的一段圆弧，半径R9为n6倍阳转子节圆半径，n6为大于0.3、小于等于0.5的正数，圆弧G1H1在起点G1处与圆弧F1G1光滑连接，在终点H1处与阳转子圆弧包络线H1I1相切连接；
圆弧包络线H1I1是由阳转子节圆在沿阴转子节圆上滚动时，相对阴转子圆弧H2I2运动所形成的轨迹的一段圆弧包络线；
圆弧I1J1是以阳转子节圆外部的O10为圆心、R10为半径一段圆弧，半径R10为n7倍阳转子节圆半径,n7为大于0.1、小于等于0.5的正数,圆弧I1J1在起点I1处与圆弧H1I1光滑连接，在终点J1处与该阳转子相邻另一齿的起点光滑连接。
在具体实施时：
所述的阴转子齿曲线A2B2圆弧包络线是由阴转子节圆在沿阳转子节圆上滚动时，相对阳转子A1B1圆弧运动所形成的轨迹的一段圆弧包络线；阳转子齿曲线A1B1圆弧是以阳转子节圆外部的O7为圆心、R7为半径的一段圆弧，半径R7为n4倍阴转子节圆半径，n4为大于0.1、小于等于0.2的正数,圆弧A1B1在终点B1处与圆弧包络线B1C1光滑连接，在起点A1处与该阳转子相邻另一齿的终点光滑连接。
所述的阴转子齿曲线B2C2圆弧是以阴转子节圆内部的O3为圆心、以R3为半径形成的一段圆弧，半径R3为n1倍阴转子节圆半径，n1为大于0.1、小于等于0.3的正数，圆弧B2C2在起点B2处与圆弧包络线A2B2光滑连接，在终点C2处与阴转子圆弧包络线C2D2相切连接；圆弧包络线B1C1是由阳转子节圆在沿阴转子节圆上滚动时，相对阴转子B2C2圆弧运动所形成的轨迹的一段圆弧包络线。
所述的阴转子齿曲线C2D2圆弧包络线是由阴转子节圆在沿阳转子节圆上滚动时，相对阳转子C1D1圆弧运动所形成的轨迹的一段圆弧包络线；阳转子齿曲线C1D1圆弧是以阳转子节圆内部的O8为圆心、R8为半径的一段圆弧，半径R8为n5倍阳转子节圆半径，n5为大于0.3、小于等于0.5的正数，圆弧C1D1在起点C1处与圆弧包络线B1C1光滑连接，在终点D1处与阳转子圆弧包络线D1E1相切连接。
所述的阴转子齿曲线D2E2圆弧是以阴转子节圆内部的O4为圆心、以R4为半径形成的一段圆弧，半径R4为n2倍阴转子节圆半径，n2为大于0.2、小于等于0.3的正数，圆弧D2E2在D2处起点与圆弧C2D2光滑连接，在终点E2处与阴转子摆线E2F2相切连接；圆弧包络线D1E1是由阳转子节圆在沿阴转子节圆上滚动时，相对阴转子D2E2圆弧运动所形成的轨迹的一段圆弧包络线。
所述的阴转子齿曲线摆线E2F2是点啮合外摆线，由阳转子节圆上的F1在阴转子节圆外作纯滚动形成；阳转子齿与摆线E2F2相对应的E1F1摆线就是一个点F1。
所述的阴转子齿曲线F2G2圆弧是以节点O5为圆心，R5为半径的一段销齿圆弧；阳转子齿曲线F1G1圆弧是以节点O5为圆心、R5为半径的一段销齿圆弧。
所述的阴转子齿曲线G2H2是由阴转子节圆在沿阳转子节圆上滚动时，相对阳转子G1H1圆弧运动所形成的轨迹的一段圆弧包络线；阳转子齿曲线G1H1圆弧是以在阳转子节圆内部的O9为圆心、R9为半径的一段圆弧，半径R9为n6倍阳转子节圆半径，n6为大于0.3、小于等于0.5的正数，圆弧G1H1在起点G1处与圆弧F1G1光滑连接，在终点H1处与阳转子圆弧包络线H1I1相切连接。
所述的阴转子齿曲线H2I2圆弧是以阴转子节圆内部的O6为圆心、R6为半径的一段圆弧，半径R6为n3倍阴转子节圆半径,n3为大于0.1、小于等于0.3的正数,圆弧H2I2在起点H2处与圆弧G2H2光滑连接，在终点I2处与阴转子圆弧包络线I2J2相切；圆弧包络线H1I1是由阳转子节圆在沿阴转子节圆上滚动时，相对阴转子H2I2圆弧运动所形成的轨迹的一段圆弧包络线。
所述的阴转子齿曲线I2J2是由阴转子节圆在沿阳转子节圆上滚动时，相对阳转子I1J1圆弧运动所形成的轨迹的一段圆弧包络线；阳转子齿曲线I1J1圆弧是以阳转子节圆外部的O10为圆心、R10为半径一段圆弧，半径为n7倍阳转子节圆半径，n7为大于0.1、小于等于0.5的正数，圆弧I1J1在起点I1处与圆弧H1I1光滑连接，在终点J1处与该阳转子相邻另一齿的起点光滑连接。
这样，螺杆压缩机阴阳转子的端面齿型就完全作出来了。

Claims (4)

1.双螺杆压缩机转子，所述双螺杆压缩机包括阴转子和阳转子，其特征在于，所述阴转子的端面的各齿型由九段二次曲线首尾光滑连接而成，所述阳转子的端面的各齿型由八段二次曲线首尾光滑连接而成，其中：所述阳转子端面的齿曲线包括圆弧线和圆弧包络线；所述阴转子端面的齿曲线包括圆弧线、圆弧包络线及摆线；
阴转子各齿型的齿曲线包括顺序光滑连接的：圆弧包络线A2B2、圆弧B2C2、圆弧包络线C2D2、圆弧D2E2、摆线E2F2、销齿圆弧F2G2、圆弧包络线G2H2、圆弧H2I2以及圆弧包络线I2J2；
阳转子各齿型的齿曲线包括顺序光滑连接的：圆弧A1B1、圆弧包络线B1C1、圆弧C1D1、圆弧包络线D1E1、销齿圆弧F1G1、圆弧G1H1、圆弧包络线H1I1以及圆弧I1J1，其中，圆弧包络线D1E1的终点E1与销齿圆弧F1G1的起点重合；
所述阴转子的各齿型的齿曲线中：
圆弧包络线A2B2是由阴转子节圆在沿阳转子节圆上滚动时，相对阳转子圆弧A1B1运动所形成的轨迹的一段圆弧包络线；
圆弧B2C2是以阴转子节圆内部的O3为圆心、以R3为半径形成的一段圆弧，半径R3为n1倍阴转子节圆半径，n1为大于0.1、小于等于0.3的正数，圆弧B2C2在起点B2处与圆弧包络线A2B2光滑连接，在终点C2处与阴转子圆弧包络线C2D2相切连接；
圆弧包络线C2D2是由阴转子节圆在沿阳转子节圆上滚动时，相对阳转子圆弧C1D1运动所形成的轨迹的一段圆弧包络线；
圆弧D2E2是以阴转子节圆内部的O4为圆心、以R4为半径形成的一段圆弧，半径R4为n2倍阴转子节圆半径，n2为大于0.2、小于等于0.3的正数，圆弧D2E2在起点D2处与圆弧C2D2光滑连接，在终点E2处与阴转子摆线E2F2相切连接；
摆线E2F2是点啮合外摆线，由阳转子节圆上的F1点在阴转子节圆外作纯滚动形成；
销齿圆弧F2G2是以节点O5为圆心、R5为半径的一段销齿圆弧；
圆弧包络线G2H2是由阴转子节圆在沿阳转子节圆上滚动时，相对阳转子圆弧G1H1运动所形成的轨迹的一段圆弧包络线；
圆弧H2I2是以阴转子节圆内部的O6为圆心、R6为半径的一段圆弧，半径R6为n3倍阴转子节圆半径，n3为大于0.1、小于等于0.3的正数，圆弧H2I2在起点H2处与圆弧G2H2光滑连接，在终点I2处与阴转子圆弧包络线I2J2相切连接；
圆弧包络线I2J2是由阴转子节圆在沿阳转子节圆上滚动时，相对阳转子圆弧I1J1运动所形成的轨迹的一段圆弧包络线。
2.根据权利要求1所述的双螺杆压缩机转子，其特征在于，所述阳转子的各齿型的齿曲线中：
圆弧A1B1是以阳转子节圆外部的O7为圆心、R7为半径的一段圆弧，半径R7为n4倍阳转子节圆半径，n4为大于0.1、小于等于0.2的正数，圆弧A1B1在终点B1处与圆弧包络线B1C1光滑连接，在起点A1处与该阳转子相邻另一齿的终点光滑连接；
圆弧包络线B1C1是由阳转子节圆在沿阴转子节圆上滚动时，相对阴转子圆弧B2C2运动所形成的轨迹的一段圆弧包络线；
圆弧C1D1是以阳转子节圆内部的O8为圆心、R8为半径的一段圆弧，半径R8为n5倍阳转子节圆半径，n5为大于0.3、小于等于0.5的正数，圆弧C1D1在起点C1处与圆弧包络线B1C1光滑连接，在终点D1处与阳转子圆弧包络线D1E1相切连接；
圆弧包络线D1E1是由阳转子节圆在沿阴转子节圆上滚动时，相对阴转子圆弧D2E2运动所形成的轨迹的一段圆弧包络线；
销齿圆弧F1G1是以节点O5为圆心、R5为半径的一段销齿圆弧；
圆弧G1H1是以阳转子节圆内部的O9为圆心、R9为半径的一段圆弧，半径R9为n6倍阳转子节圆半径，n6为大于0.3、小于等于0.5的正数，圆弧G1H1在起点G1处与圆弧F1G1光滑连接，在终点H1处与阳转子圆弧包络线H1I1相切连接；
圆弧包络线H1I1是由阳转子节圆在沿阴转子节圆上滚动时，相对阴转子圆弧H2I2运动所形成的轨迹的一段圆弧包络线；
圆弧I1J1是以阳转子节圆外部的O10为圆心、R10为半径一段圆弧，半径R10为n7倍阳转子节圆半径,n7为大于0.1、小于等于0.5的正数,圆弧I1J1在起点I1处与圆弧H1I1光滑连接，在终点J1处与该阳转子相邻另一齿的起点光滑连接。
3.根据权利要求1所述的双螺杆压缩机转子，其特征在于，所述的阴转子和阳转子的转子齿型呈不对称型，且阴转子上的齿数多于阳转子上的齿数。
4.根据权利要求1所述的双螺杆压缩机转子，其特征在于，所述阳转子与阴转子的齿数比为3:5。
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