一种螺旋压缩机的螺旋齿形
本发明涉及一种压缩机,特别是压缩机螺旋转子的齿形。
现有的压缩机,有往复式活塞压缩机、滑片回转式压缩机、螺杆压缩机、罗茨鼓风机等多种结构形式。一般来讲,螺旋压缩机都是由公转子和母转子相互啮合,一个主动,一个从动旋转,以控制进、出口的流体介质。但此类螺旋转子,由于其并非对称,故有较复杂的齿形,具有加工工艺复杂,安装技术要求高,振动噪音大,工作效率低等缺点。如US Patent 4679996是日本北越公司1901年获得的美国专利,这种设计属第一代齿形设计,其特点是公对母的齿比为4∶6,且在公转子齿形顶部有气封线,其目的在于减少压缩时的泄漏及克服在制造上不易达到原齿形啮合时的精度要求,且齿形各部分曲线的结构非常复杂,都是要克服的第一代齿形所存在的低效率、泄漏大及加工制造困难(包括刀具及加工机的精度)等缺点。到第三代齿形,一般讲公对母的齿比均已改为5∶6,且在齿形的设计上,各部分曲线数减少并简化,形状上也比较圆滑,但仍然存在着前述的缺点。因此,为了提高转子的技术性能,在设计压缩机时,必须要对转子、壳体的尺寸及间隙公差、气封线的长度及吹孔的面积诸方面进行周密考虑。
常见的螺旋压缩机一般采用减少吹孔面积来提高工作效率,然而,这种单因子的考虑是不全面的,首先,气封线(即转子间的接触线)的长度亦会影响工作效率,当其过长时,间隙就会加大,工作效率就会降低;而吹孔过大时,流体介质就会从高压腔挤漏到低压腔,从而也会降低工作效率。也就是说,转子齿形将更影响工作效率。
至于生产技术需要具备的条件是:要有较佳的铣刀工具,要达到所需的精度,且成本要低,刀具的使用寿命要长等因素。
本发明的目的是要提供一种公转子与母转子最佳啮合齿形(用曲线来描述),而具有这种齿形曲线的压缩机转子,能提高工作效率,减少机械损失和振动噪声。
本发明是这样实现的,一种螺旋压缩机的螺旋齿形,包括公转子与母转子,而公转子与母转子都按各自的轴线转动,其齿形由齿顶、齿沟、顶圆、节圆、基圆等要素组成,且相互啮合,特别是新颖转子的齿形曲线是由数条弧线滑溜连接而成,具中:
母转子上有数个齿沟和齿顶,其齿形由顶圆、节圆、基圆及β、γ圆心角确定,齿形曲线由弧线:AB、BC、CD、DE、EF依次滑溜连接而成,具体是:
第一弧线—齿顶曲线AB,是母转子顶圆的一部分圆弧;
第二圆弧BC,是齿顶内与顶圆及齿沟曲线CD相切的圆R1的一部分圆弧所构成,圆R1的圆心在母转子的节圆内,连接第一弧线AB;
第三弧线—齿沟弧线CD,是双曲线E右部曲线的上半部分(即Y>θ),双曲线E按迪卡尔座标定义,用一般通用的双曲线公式来表达:(x-xc)2/a2-(Y-YC)2/b2=1,其中a为实轴长的一半,b为虚轴长的一半,(XC,YC)为双曲线中心,双曲线6E的实轴在公转子,母转子的连心线(MC-FC)上,与第二弧线BC连接,且与公转子、母转子的连心线(MC-FC)相交,与母转子的基圆相切;
第四弧线为DE,是位于母转子齿沟底部,亦即公转子顶部的圆R2所创成,圆R2的圆心在公转子母转子的连心线(MC-FC)上,DE与第三弧线CD相接;
第五弧线EF,是由圆R3所组成,且为圆R3的一部分,圆R3的圆心设于N直线上,与母转子的顶圆相切,并与DE相接;
公转子齿形曲线的构成为:
第六弧线A′B′为母转子的圆弧AB所创成,它是公转子基圆的一部分;
第七弧线B′C′为母转子的圆弧BC所创成,与弧线A′B′相连接;
第八弧线C′D′为母转子的弧线CD所创成,它与第七弧线B′C′相连接;
第九弧线D′E′,是一个小圆弧,该小圆弧是圆R2的一部分,圆R2的圆心是在公转子与母转子的连心线(MC-FC)上,该小圆弧与弧线C′D′相切于D′点,与弧线E′F′相切于E′点;
第十弧线E′F′,是由母转子的弧线EF所创成,而F′点实际上是公转子基圆与E′F′的切点,而E′点又是E′F′曲线与D′E′小圆弧的切点;
由上述弧线构成的公转子与母转子的齿形为海波齿形。
另外,压缩机螺旋转子的齿形曲线中圆R2及圆R3的半径比例最好介于1-2;母转子上弧线AB的圆弧角α最好是1-5°;曲线中圆R1的半径最好取公转子与母转子中心距的0.04-0.1倍。
本发明压缩机螺旋转子齿形曲线,由于其能使压缩机公转子、母转子的齿形构成为一完美啮合的转子齿形,从而达到减少吹孔面积、减少齿形间的机械损失,提高压缩效率及加工安装效率的目的。另外,在加工中,还能提高铣切精度,延长刀具使用寿命。
以下附图和实施例将对本发明的技术方案作进一步说明:
附图说明:
图1为本发明的公转子和母转子啮合齿形示意图。
图2为本发明的公转子齿形示意图。
图3为本发明的母转子齿形示意图。
图4为本发明的转子齿形成形示意图。
如图1所示,为压缩机的公转子1和母转子2啮合的情况,凭转子啮合转动来控制流体介质进、出口的流量。图2、图3 分别为转子的齿瓣成形和齿沟成形的示意图。母转子2上有顶圆21,节圆22及基圆23,使之形成有数个齿沟3及齿顶4,而齿沟3是由数条弧线滑溜连接而成;公转子1也有顶圆12,节圆13及基圆14,使之形成数个齿瓣,详见图4。
实施例:如图1、2、3、4所示,母转子2上有一顶圆21节圆22及基圆23,其形成有数个齿沟3及齿顶4,齿沟3由数条弧线连接而成;公转子1有一顶圆12,节圆13,基圆14;
本发明压缩机螺旋转子齿形曲线,是用右手座标系来定义的,公转子1与母转子2都按各自的轴线转动,其齿形相互啮合的切面形状如图1及图4所示。左边为母转子2的齿形,母转子2的中心为FC,右边为公转子1的齿形,公转子1的中心为MC。
母转子2是由顶圆21、节圆22及基圆23构成母转子2上的完整沟状齿形。母转子2上有数个齿沟3及齿顶4,而齿沟3则由数条弧线滑溜连接而成,弧线CD为双曲线6E右部曲线的上半部分曲线(即Y>θ),双曲线6E的形成,是按迪卡尔座标系定义的,左右开的双曲线(x-xc)2/a2-(Y-YC)2/b2=1,其中a为实轴长的一半,b为虚轴长的一半,(XC,YC)为双曲线中心,双曲线6E的实轴在公转子1,母转子2的连心线(MC-FC)上,
在连心线(MC-FC)的两侧,通过母转子2的中心分别作直线L、N。直线L交母转子顶圆21于A,再按直线L取适当的α角(1-5°)作一直线Q,使其交于母转子2的顶圆21于B,由B点,使直线Q与连心线(MC-FC)组成圆心角β;作圆R1,使圆R1的圆心位于直线Q上且切曲线CD于C点,圆R1的半径值约为0.04X-0.1X,X为两个转子的中心距;这样圆弧BC即构成母转子齿形的一部分,而齿顶弧线AB则是母转子2的顶圆21的一部分,弧线AB的圆弧角α最好为1-5°;DE曲线为公转子1圆弧D′E′(圆R2的一部分)所创成的曲线,EF圆弧是圆R3的一部分,圆R3的圆心在N直线上,线段N与母转子2和公转子1的连心线呈γ角,F点是母转子2顶圆21与圆R3的切点,而E点是曲线DE与圆R3的切点,使圆弧EF是构成母转子2齿形的一部分。
公转子1有顶圆12、节圆13与基圆14,构成公转子1完整瓣状齿形为β1与γ1两个角度;A′B′为母转子2的圆弧AB所创成,它为公转子1基圆14的一部分,B′C′为母转子2上BC圆弧所创成;C′D′为母转子2曲线CD所创成;D′E′为一个小圆弧(即圆R2的一部分),圆R2的圆心是在公转子1和母转子2的连心线(MC-FC)上,且此小圆弧切C′D′曲线于D′点及切E′F′曲线于E′点上,E′F′曲线是由母转子2上的圆弧EF所创成,而F′点实际上应为公转子1基圆14与曲线E′F′的切点,而E′点是为E′F′曲线与D′E′小圆弧的切点。
为了考虑加工工艺难易程度,刀具磨耗及较佳的效率(低磨耗及小吹回孔),圆R2及圆R3的半径选取RAT10=Rr2/Rr3,约使1<RAT10<2会有较适当的结果。
根据附图4的构成,母转子2上的AB圆弧、BC圆弧、CD部分双曲线DE曲线及EF圆弧构成一个完整的母转子2的齿形;同时,A′B′曲线、B′C′曲线、C′D′曲线、D′E′小圆弧及E′F′曲线构成一个公转子1完整的齿瓣,两者为一完美啮合的转子齿形,这种齿形称之为海波齿形。
弧线AB的夹角α角(1-5°)可按照加工工艺的要求,使刀具在加工时得到良好的支撑,且刀具不易震动,从而提高切削的精度和延长刀具的使用寿命。
所要说明的是:以上所述附图及说明,仅为本发明的较佳实施例,并非用以限制本发明的保护范围。