CN105484999B - 一种密封的单头螺旋螺杆及其双螺杆 - Google Patents

一种密封的单头螺旋螺杆及其双螺杆 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种密封的单头螺旋螺杆及其双螺杆，属于螺杆泵技术领域。所述单头螺旋螺杆的螺旋为非对称齿形，其齿形的两侧分别为传力边和密封边，所述密封边的齿形型线为伸长外摆线，传力边的齿形型线为伸长外摆线、渐开线、短幅外摆线的组合型线。本申请提供的单头螺旋螺杆的齿形型线，一侧(密封边)为伸长外摆线，另一侧(传力边)为伸长外摆线、渐开线、短幅外摆线的组合，啮合线连续，啮合线之间不存在空隙。采用本申请提供的单头螺旋螺杆的双螺杆泵或双螺杆式真空泵，既能达到严格密封，又能通过主动螺杆具有渐开线段传力边齿形型面向从动螺杆渐开线传力边齿形型面传递扭矩。

Description

一种密封的单头螺旋螺杆及其双螺杆
技术领域
本发明涉及螺杆泵技术领域，尤其是应用于双螺杆泵式输送机械或双螺杆式真空泵的密封的单头螺旋螺杆及使用这种单头螺旋螺杆的双螺杆。
背景技术
现有双螺杆泵或双螺杆式真空泵常见的单头螺旋螺杆采用的齿形型线，一个齿侧螺旋面采用伸长外摆线，另一侧采用渐开线，渐开线的啮合线和伸长外摆线的啮合线不连续，在双螺杆泵的主动螺杆和从动螺杆啮合时，二者之间存在间隙，在泵运行过程中排出腔中的介质就会从通过这些间隙泄漏到进口腔中。采用这种齿形曲线的双螺杆泵或双螺杆式真空泵，使用时，螺杆的啮合线不能有效的形成密封腔，排出腔和进口腔不能隔断，不满足螺杆泵的第一类密封性要求，因此，这种泵不是密封型的。
此外，啮合线之间存在间隙，还会引起泵的容积效率下降。
这种齿形型线的单头螺旋螺杆，由于渐开线的齿形极角相对较大，两段圆弧的中心角相差较大，从而使螺杆的齿槽顶部开口轴向长度与齿槽底部轴向长度相差较大，这种较大的差距使得螺杆加工比较困难。
进一步地，采用这种单头螺旋螺杆的双螺杆泵，因为螺杆齿槽顶部开口轴向长度较长，所以一个导程中主动螺杆和从动螺杆外圆柱面与衬套之间的接触面长度变短，使得在泵运行过程中主从螺杆外圆柱面与衬套之间的圆柱面间隙泄漏增多，这一因素进一步降低了泵的容积效率。
发明内容
本发明要解决的问题是现有的螺杆泵的单头螺旋螺杆，齿形型线不能完全密封，啮合线存在间隙，使得泵不能满足密封性的需求，泵的容积率不高。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：提供一种密封的单头螺旋螺杆。所述单头螺旋螺杆的螺旋为非对称齿形，其齿形的两侧分别为传力边和密封边，所述密封边的齿形型线为伸长外摆线，传力边的齿形型线为伸长外摆线、渐开线、短幅外摆线的组合型线。
所述传力边的齿形型线，齿根段为伸长外摆线，中间段为渐开线，齿顶段为短幅外摆线。
所述密封边齿侧的伸长外摆线齿顶段进行了耐磨修正。
所述耐磨修为摆线倒角修正。
本申请的另一个目的在于提供一种双螺杆。所述双螺杆包括主动螺杆和从动螺杆，所述主动螺杆和从动螺杆的螺旋旋向相反。主动螺杆和从动螺杆的齿形相同，均为上述的的密封的单头螺旋螺杆。
本发明具有的优点和积极效果是：本申请提供的单头螺旋螺杆的齿形型线，一侧(密封边)为伸长外摆线，另一侧(传力边)为伸长外摆线、渐开线、短幅外摆线的组合，啮合线连续，啮合线之间不存在间隙。采用本申请提供的单头螺旋螺杆的双螺杆泵或双螺杆式真空泵，既能达到严格密封，又能通过主动螺杆具有渐开线段传力边齿形型面向从动螺杆渐开线传力边齿形型面传递扭矩。
本申请提供的单头螺旋螺杆，传力边采用伸长外摆线作为的齿形型线，其齿形极角比较小，使得螺杆齿槽顶部开口轴向长度和齿槽底部轴向长度差别不大，因此采用该齿形型线的螺杆便于制造加工。
此外，本申请中的螺杆传力边所采用的齿形型线，其齿形极角比现有技术中的小，因此在相同导程情况下，本申请的螺杆齿槽顶部开口轴向长度比现有技术中的小，使得采用本申请单头螺旋螺杆的双螺杆泵，其主动螺杆和从动螺杆外圆柱面与衬套的接触面的轴向长度比现有技术大，从而减少了泄漏量，增加了泵的容积效率。
附图说明
图1为目前双螺杆泵或双螺杆式真空泵常用的单头螺旋螺杆的齿形型线。
图2为目前双螺杆泵或双螺杆式真空泵的主动螺杆和从动螺杆齿形型线啮合图。
图3为目前双螺杆泵或双螺杆式真空泵的主动螺杆和从动螺杆的齿形型线啮合线在横截面上的投影图。
图4为目前双螺杆泵或双螺杆式真空泵常用的单头螺旋螺杆的螺旋槽轴截面图。
图5为本申请实施例1中单头螺旋螺杆的齿形型线图。
图6为本申请实施例1中双螺杆的齿形型线啮合图。
图7为本申请实施例1中双螺杆啮合时，主动螺杆的螺旋槽的两个侧齿螺旋面上的密封线在横截面上的投影图。
图8为本申请实施例1中双螺杆啮合时，从动螺杆螺旋槽的两个侧齿螺旋面上的密封线在横截面上的投影图。
图9为本申请实施例1中双螺杆啮合时，螺旋槽构成的密封腔的正面图。
图10为本申请实施例1中双螺杆啮合时，螺旋槽构成的密封腔的背面图。
图11为本申请实施例1中单头螺旋螺杆的螺旋槽轴截面图。
图12为本申请实施例2中单头螺旋螺杆的齿形型线示意图。
图13为本申请实施例2的双螺杆的齿形型线啮合图。
图14为本申请实施例2中双螺杆啮合时，主动螺杆的螺旋槽的两个侧齿螺旋面上的密封线在横截面上的投影图。
图15为本发明实施例2中双螺杆啮合时，从动螺杆螺旋槽的两个侧齿螺旋面上的密封线在横截面上的投影图。
图中：1-伸长外摆线，2-渐开线，3-短幅外摆线，S1-主动螺杆，S2-从动螺杆，H-高压端，L-低压端，A1-主动螺杆的螺旋槽，A1-S-螺旋槽A1的一个密封腔段，A1-H-螺旋槽A1的高压腔段，A1-L-螺旋槽A1的低压腔段，A2-从动螺杆的螺旋槽，A2-S-螺旋槽A2的密封腔段，A2-H-螺旋槽A2的高压腔段，A2-L-螺旋槽A2的低压腔段，C-螺杆节圆，C1-齿跟圆，C2-齿顶圆，L1-齿槽底部轴向长度，L2-齿槽顶部开口轴向长度，L3-主动螺杆和从动螺杆外圆柱面与衬套之间的接触面长度。
具体实施方式
为了更好的理解本发明，下面结合具体实施例和附图对本发明进行进一步的描述。
如图1所示，现有技术双螺杆泵或双螺杆式真空泵常见的单头螺旋螺杆采用的齿形型线，其密封边一侧为伸长外摆线1，另一侧为传力边，采用渐开线2。
采用这种单头螺旋螺杆的双螺杆泵，主动螺杆和从动螺杆啮合线投影如图3所示，外摆线cd的啮合线为γ1δ1和γ2δ2，渐开线ab的啮合线为α1β1。其中，渐开线的啮合线α1β1不通过主动螺杆和从动螺杆的齿顶圆和齿根圆的切点γ1和γ2，因此啮合线α1β1就与啮合线γ1δ1及γ2δ2不连续。啮合线在α1点和γ1点以及β1点和γ2点之间形成间隙。在泵运行过程中排出腔中的介质就会通过这些间隙泄漏到进口腔中。
现有技术中使用具有这种齿形曲线的单头螺旋螺杆的双螺杆泵或双螺杆式真空泵，使用时，螺杆的啮合线不能有效的形成密封腔，排出腔和进口腔不能隔断，不满足螺杆泵的第一类密封性要求，因此，这种类型的泵不是密封型的。
此外，啮合线在α1点和γ1点以及β1点和γ2点之间存在间隙，会引起泵的容积效率下降。
现有技术中的单头螺旋螺杆，由于渐开线ab的齿形极角相对较大，因此圆弧db的中心角就比圆弧ca的中心角大很多，由螺旋面的形成原理可知，如图4所示，这种型线的螺杆齿槽顶部开口轴向长度L2较长，齿槽底部轴向长度L1比较短，这就使得螺杆加工比较困难。
从图4中还可以看出，因为螺杆齿槽顶部开口轴向长度L2较长，所以一个导程中，主动螺杆和从动螺杆外圆柱面与衬套之间的接触面长度L3变短，使得在泵运行过程中主动螺杆和从动螺杆外圆柱面与衬套之间的圆柱面间隙泄漏增多，也引起了泵的容积效率下降。
实施例1
本实施例中提供一种密封的单头螺旋螺杆。如图5所示，本实施例中的螺杆是单头螺旋，其齿形的两侧分别为传力边abcd和密封边ef，传力边abcd分为ab，bc，cd三段。其中，ab为伸长外摆线齿形型线，bc为渐开线齿形型线，cd为短幅外摆线齿形型线，密封边ef为伸长外摆线齿形型线。
本实施例中还提供一种双螺杆，用于双螺杆泵，其主动螺杆S1和从动螺杆S2的齿形相同，均为上述的单头螺旋螺杆。主动螺杆S1的螺旋旋向与从动螺杆S2的螺旋旋向不同，若其中一个为右旋，则另一个为左旋。以下标识中，下角标1代表其属于主动螺杆S1，下角标2代表其属于从动螺杆S2，O1为主动螺杆的中心，O2为从动螺杆的中心。
图6为主动螺杆S1与从动螺杆S2齿形型线啮合的示意图。图6中，a1b1c1d1f1e1a1是主动螺杆S1横截面上的齿形型线，a2b2c2d2f2e2a2为从动螺杆S2横截面上的齿形型线。其中：d1f1及d2f2是在齿顶圆C2上的圆弧曲线；e1a1及e2a2是在齿底圆C1上的圆弧曲线；密封边曲线e1f1、e2f2均为伸长外摆线，传力边曲线a1b1、a2b2为伸长外摆线，传力边曲线b1c1、b2c2为渐开线、传力边c1d1、c2d2为短幅外摆线。
本实施例所涉及的双螺杆的传力原理是：由伸长外摆线ab、渐开线bc以及短幅外摆线cd型线构成的传力边齿形型面，其中渐开线段型面可以将主动螺杆的力传递给从动螺杆。
本实施例所涉及的螺杆螺旋啮合的密封原理是：当螺杆螺旋段的长度大于2.2个导程时，主动螺杆S1和从动螺杆S2上相互啮合的螺旋齿形齿槽与泵壳体“8”字孔的内表面就会形成一个完整的密封腔室，从而隔断泵内的高低压腔，达到理论上严格密封。
图7显示了主动螺杆S1螺旋槽A1的两个侧齿螺旋面上的密封线在横截面上的投影。图8反映了从动螺杆S2螺旋槽A2的两个侧齿螺旋面上的密封线在横截面上的投影。
从图7和图8中可以知道，主动螺杆S1和从动螺杆S2螺旋型面在螺杆螺旋横截面上的投影啮合线n2m2q1j1l1k1m1n1、n2m2q2j2l2k2m1n1连续，并且啮合线通过了两根螺杆螺旋齿顶圆交点n1、n2以及齿顶圆和齿根圆的切点m1、m2，这样就严格满足第一类密封条件，即：在主动螺杆S1、从动螺杆S2啮合时，每一个螺旋槽的高压腔段与低压腔段是被完全隔断的。
图9为本实施例中主动螺杆S1、从动螺杆S2啮合时螺旋槽构成的密封腔的正面图。图10为实施例中主动螺杆S1、从动螺杆S2啮合时螺旋槽构成的密封腔的背面图。
从图9可以看出，A2-S往高压腔方向是封闭的，往低压腔方向只与A1-S相通，从图10可以看出，A1-S往高压腔方向只与A2-S相通，往低压腔方向是封闭的，这些主动螺杆S1、从动螺杆S2的螺旋槽的密封腔，只是内部相互联通，因而构成一个自成体系的完整的密封腔，完全满足严格密封的第二密封条件。
综上所述，本实施例提供的双螺杆，主动螺杆S1和从动螺杆S2啮合时满足了第一类密封条件与第二类密封条件，因此这种双螺杆啮合形成的密封腔是严格密封的。
图11为本实施例的螺杆螺旋槽轴截面图。由于本实施例中的单头螺旋螺杆所采用的传力边的齿形型线abcd的齿形极角比较小，所以螺杆的齿槽顶部开口轴向长度L1和齿槽底部轴向长度L2长短差别不大，因此采用该齿形型线的单头螺旋螺杆便于制造加工。
此外，也正是由于本实施例中的单头螺旋螺杆所采用传力边的齿形型线abcd齿形极角比现有技术中的渐开线2的齿形极角小，所以在相同导程情况下，本申请的螺杆的齿槽顶部开口轴向长度L1比现有技术中的长度短，使得本实施例的主动螺杆S1和从动螺杆S2外圆柱面与衬套的接触面轴向长度L3比现有技术长，从而减少了泄漏量，增加了泵的容积效率。
实施例2
在实施例1的基础上，本实施例的螺杆是单头螺旋，密封边一侧采用伸长外摆线1作为齿形型线，进一步地，伸长外摆线1在齿顶段进行了耐磨修正。作为一种实施方式，本实施例中耐磨修正采用摆线倒角修正，如图12所示，本实施例中采用伸长外摆线gg'倒角，密封边的齿形型线由伸长外摆线段eg与伸长外摆线倒角段gg'两段构成。在其他实施方案中，也可采用其他形式的修正。
采用伸长外摆线gg'倒角修正密封边齿形型线ef的主要目的是为了改善密封边的耐磨性能。
本实施例中，螺杆的传力原理是：由伸长外摆线ab、渐开线bc以及短幅外摆线cd型线构成的传力边齿形型面，其中渐开线段型面可以主动螺杆的力传递给从动螺杆。
本实施例所涉及的螺杆螺旋啮合的密封原理是：当螺杆螺旋段的长度大于2.2个导程时，主动螺杆S1和从动螺杆S2上相互啮合的螺旋齿形齿槽与泵壳体“8”字孔的内表面就会形成一个完整的密封腔室，从而隔断泵内的高低压腔，达到近似严格密封。
本实施例中还提供一种双螺杆，包括主动螺杆S1和从动螺杆S2。主动螺杆S1和从动螺杆S2的齿形相同，均为上述的单头螺旋螺杆，只是主动螺杆S1的螺旋旋向与从动螺杆S2的螺旋旋向相反，一个为右旋，则另一个为左旋。
图13是本实施例中的双螺杆齿形型线啮合图，主动螺杆S1的密封边中，齿顶段采用伸长外摆线g1g1'倒角，密封边齿形型线由伸长外摆线段e1g1与伸长外摆线倒角段g1g1'两段构成。从动螺杆S2的的密封边中，齿顶段采用伸长外摆线g2g2'倒角，密封边齿形型线由伸长外摆线段e2g2与伸长外摆线倒角段g2g2'两段构成。
图14和图15显示了本实施例中双螺杆啮合线的投影。很显然从图14和图15可以看出，无论是主动螺杆S1的A1槽还是从动螺杆S2的A2槽，它们两侧螺旋面上的密封线在齿根圆C1到齿顶圆C2的整个螺旋面的范围内是连续的，没有缺口处，且都通过主动螺杆S1和从动螺杆S2螺杆齿根圆的m1、m2两点，但密封边的密封线达不到8字孔的尖点n1与n2，因而采用密封边在齿顶段倒角修正后，本实施例的螺杆的密封腔从理论上讲是近似严格密封的。
以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。

Claims (4)

1.一种密封的单头螺旋螺杆，其特征在于：所述单头螺旋螺杆的螺旋为非对称齿形，其齿形的两侧分别为传力边和密封边，所述密封边的齿形型线为伸长外摆线，传力边的齿形型线为伸长外摆线、渐开线、短幅外摆线的组合型线，所述传力边的齿形型线，齿根段为伸长外摆线，中间段为渐开线，齿顶段为短幅外摆线。
2.根据权利要求1所述的密封的单头螺旋螺杆，其特征在于：所述密封边齿侧的伸长外摆线齿顶段进行了耐磨修正。
3.根据权利要求2所述的密封的单头螺旋螺杆，其特征在于：所述耐磨修证为摆线倒角修正。
4.一种双螺杆，包括主动螺杆和从动螺杆，其特征在于：所述主动螺杆和从动螺杆的螺旋旋向相反，主动螺杆和从动螺杆的齿形相同，均为如权利要求1-3中任一所述的密封的单头螺旋螺杆。
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