CN106194749A - 一种全啮合的渐变壁厚双涡旋齿 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全啮合的渐变壁厚双涡旋齿，第一静涡旋齿(1)的啮合型线由4段曲线光滑连接，包括第一变径基圆渐开线的等距曲线H₁I₁、第一圆渐开线的等距曲线H₁G₁、第二圆渐开线的等距曲线G₁M₁和第二变径基圆渐开线的等距曲线M₁N₁；第二静涡旋齿(2)和第一静涡旋齿(1)完全相同，将其以中心O点为中心顺时针旋转90°得到第一动涡旋齿(3)和第二动涡旋齿(4)；在工作过程中，动涡旋齿和静涡旋齿实现完全正确啮合。本发明提出的一种全啮合的渐变壁厚双涡旋齿，可以增大涡旋压缩机的进气量，提高面积利用率，增加压缩比，改善涡旋齿工作性能，有利于涡旋齿的设计和加工。

Description

一种全啮合的渐变壁厚双涡旋齿

技术领域

本发明属于压缩机工程技术领域，特别涉及涡旋压缩机涡旋齿型线。

背景技术

双涡旋齿压缩机具有排气量大、涡旋盘直径小及气体力变化幅度小等优点。涡旋齿型线的设计对于涡旋压缩机的性能影响很大。

中国申请发明专利(申请号201010216612.6)，公开了一种涡旋压缩机的涡旋齿型线，其涡旋齿型线由圆弧和线段依次组合而成，该发明中涡旋齿是等壁厚涡旋齿，动涡旋齿和静涡旋齿齿头尖端不参与啮合。

为了解决渐变壁厚涡旋齿工作过程不全啮合且渐变壁厚涡旋齿型线设计复杂的问题，进而增大涡旋压缩机的进气量，提高面积利用率，增加涡旋齿的强度，本发明提出的一种全啮合的渐变壁厚双涡旋齿，采用变径基圆渐开线的等距曲线和基圆渐开线的等距曲线的组合型线，实现涡旋齿厚度δ从外圈到中心逐渐增大；在工作过程中，动涡旋齿和静涡旋齿实现完全正确啮合；可以增大涡旋压缩机的进气量，增加压缩比，增大排气区域涡旋齿的强度，提高面积利用率，有利于涡旋齿的设计和加工，改善涡旋齿工作性能，对于丰富涡旋压缩机的型线设计具有重要意义。

发明内容

本发明为了解决渐变壁厚涡旋齿工作过程不全啮合且渐变壁厚涡旋齿型线设计复杂的问题，增大涡旋压缩机的进气量，增加压缩比，满足不同压力腔对应的不同转子强度的要求，增加涡旋齿的强度，提高面积利用率，提出一种全啮合的渐变壁厚双涡旋齿。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

外圈涡旋齿的内侧和外侧啮合型线是变径基圆渐开线的等距曲线，涡旋齿中心处的内侧和外侧啮合型线是圆渐开线的等距曲线；第一静涡旋齿(1)的啮合型线包括4段光滑连接的曲线，依次为：第一变径基圆渐开线的等距曲线H₁I₁、第一圆渐开线的等距曲线H₁G₁、第二圆渐开线的等距曲线G₁M₁和第二变径基圆渐开线的等距曲线M₁N₁；动涡旋齿型线和静涡旋齿型线实现完全正确啮合；涡旋齿厚度δ从外圈到中心逐渐增大，最外圈处的涡旋齿厚度最小，涡旋齿中心处的厚度最大。

静涡旋齿包括第一静涡旋齿(1)和第二静涡旋齿(2)，动涡旋齿包括第一动涡旋齿(3)和第二动涡旋齿(4)；第二静涡旋齿(2)和第一静涡旋齿(1)完全相同，第二静涡旋齿(2)相对中心O点旋转180°后与第一静涡旋齿(1)完全重合；第一静涡旋齿(1)和第二静涡旋齿(2)以中心O点为中心顺时针旋转90°得到第一动涡旋齿(3)和第二动涡旋齿(4)；第一静涡旋齿(1)、第二静涡旋齿(2)、第一动涡旋齿(3)和第二动涡旋齿(4)的啮合型线是由第一中线FDE、第二中线F₁K₁、第三中线F₂K₂、第四中线F₃K₃分别向内、外侧法向等距生成，法向等距的距离为曲轴回转半径的一半；将第一中线FDE依次逆时针旋转90°、180°、270°分别得到第二中线F₁K₁、第三中线F₂K₂、第四中线F₃K₃；第一中线FDE由第一圆渐开线FD和第一变径基圆渐开线DE组成；第一基圆渐开线FD的中心是O₁点，第一变径基圆渐开线DE的中心是中心O点；第一圆渐开线FD经过F点，F点是正多边形G₁G₃G₂G₄边G₂G₃的中点，第一圆渐开线FD和第一变径基圆渐开线DE在D点光滑连接。

第一动涡旋齿(3)和第二动涡旋齿(4)在公转平动的工作过程中，动涡旋齿型线和静涡旋齿型线实现完全正确啮合，即第一静涡旋齿(1)的第一圆渐开线的等距曲线G₁H₁和第一动涡旋齿(3)的第六圆渐开线的等距曲线G₃M₃，第一静涡旋齿(1)的第二圆渐开线的等距曲线G₁M₁和第二动涡旋齿(4)的第七圆渐开线的等距曲线G₄H₄，第一静涡旋齿(1)的第一变径基圆渐开线的等距曲线H₁I₁和第一动涡旋齿(3)的第六变径基圆渐开线的等距曲线M₃N₃，第一静涡旋齿(1)的第二变径基圆渐开线的等距曲线M₁N₁和第二动涡旋齿(4)的第七变径基圆渐开线的等距曲线H₄I₄，第二静涡旋齿(2)的第三圆渐开线的等距曲线G₂H₂和第一动涡旋齿(3)的第八圆渐开线的等距曲线G₄M₄，第二静涡旋齿(2)的第四圆渐开线的等距曲线G₂M₂和第二动涡旋齿(4)的第五圆渐开线的等距曲线G₃H₃，第二静涡旋齿(2)的第三变径基圆渐开线的等距曲线H₂I₂和第一动涡旋齿(3)的第八变径基圆渐开线的等距曲线M₄N₄，第二静涡旋齿(2)的第四变径基圆渐开线的等距曲线M₂N₂和第二动涡旋齿(4)的第五变径基圆渐开线的等距曲线H₃I₃分别实现完全正确啮合。

一种涡旋压缩机，使用本发明所提出的一种全啮合的渐变壁厚双涡旋齿。

一种涡旋真空泵，使用本发明所提出的一种全啮合的渐变壁厚双涡旋齿。

一种涡旋膨胀机，使用本发明所提出的一种全啮合的渐变壁厚双涡旋齿。

本发明一种全啮合的渐变壁厚双涡旋齿型线的有益效果：

①组成涡旋齿的型线能够光滑连接，在涡旋压缩机工作过程中，第一静涡旋齿(1)和动涡旋齿(2)的型线可以完全正确啮合，是全啮合型线。

②涡旋齿从外圈到中心是渐变壁厚，所组成的吸气区域工作腔压力低，涡旋齿强度低；所组成的排气区域工作腔压力高，涡旋齿的强度高。

③涡旋齿外圈壁厚小，有利于增加吸气容积，增加涡旋压缩机的进气量，提高涡旋齿的面积利用率。

④涡旋齿排气区域等距曲线的组合，使得排气区域压缩腔更小，排气腔压力更高，有利于增加压缩比。

⑤涡旋齿采用圆渐开线的等距曲线和变径基圆渐开线的等距曲线，结构简单，有利于涡旋齿设计和加工。

附图说明

图1是一种全啮合的渐变壁厚双涡旋齿图。

图2(a)是第一静涡旋齿(1)和第二静涡旋齿(2)图。

图2(b)是第一动涡旋齿(3)和第二动涡旋齿(4)图。

图3是形成第一动涡旋齿(3)、第二动涡旋齿(4)和第一静涡旋齿(1)、第二静涡旋齿(2)的中线图。

图4是第一静涡旋齿(1)、第二静涡旋齿(2)和第一动涡旋齿(3)、第二动涡旋齿(4)的啮合过程图。

图中：曲线G₁H₁—第一圆渐开线的等距曲线；曲线G₁M₁—第二圆渐开线的等距曲线；曲线G₂H₂—第三圆渐开线的等距曲线；曲线G₂M₂—第四圆渐开线的等距曲线；曲线G₃H₃—第五圆渐开线的等距曲线；曲线G₃M₃—第六圆渐开线的等距曲线；曲线G₄H₄—第七圆渐开线的等距曲线；曲线G₄M₄—第八圆渐开线的等距曲线；曲线H₁I₁—第一变径基圆渐开线的等距曲线；曲线M₁N₁—第二变径基圆渐开线的等距曲线；曲线H₂I₂—第三变径基圆渐开线的等距曲线；曲线M₂N₂—第四变径基圆渐开线的等距曲线；曲线H₃I₃—第五变径基圆渐开线的等距曲线；曲线M₃N₃—第六变径基圆渐开线的等距曲线；曲线H₄I₄—第七变径基圆渐开线的等距曲线；曲线M₄N₄—第八变径基圆渐开线的等距曲线；1—第一静涡旋齿；2—第二静涡旋齿；3—第一动涡旋齿；4—第二动涡旋齿；曲线FD—第一圆渐开线FD；曲线DE—第一变径基圆渐开线DE；曲线F₁K₁—第二中线F₁K₁；曲线F₂K₂—第三中线F₂K₂；曲线F₃K₃—第四中线F₃K₃；曲线FC—与圆渐开线FD共基圆的渐开线；曲线JD—与圆渐开线DE共变径基圆的渐开线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1一种全啮合的渐变壁厚双涡旋齿，其外圈涡旋齿的内侧和外侧啮合型线是变径基圆渐开线的等距曲线，涡旋齿中心处的内侧和外侧啮合型线是圆渐开线的等距曲线；第一静涡旋齿(1)的啮合型线包括4段光滑连接的曲线，依次为：第一变径基圆渐开线的等距曲线H₁I₁、第一圆渐开线的等距曲线H₁G₁、第二圆渐开线的等距曲线G₁M₁和第二变径基圆渐开线的等距曲线M₁N₁；动涡旋齿型线和静涡旋齿型线实现完全正确啮合；涡旋齿厚度δ从外圈到中心逐渐增大，最外圈处的涡旋齿厚度最小，涡旋齿中心处的厚度最大。

图1中第二静涡旋齿(2)和第一静涡旋齿(1)完全相同，第二静涡旋齿(2)相对中心O点旋转180°后与第一静涡旋齿(1)完全重合；第一静涡旋齿(1)和第二静涡旋齿(2)以中心O点为中心顺时针旋转90°得到第一动涡旋齿(3)和第二动涡旋齿(4)；第一静涡旋齿(1)、第二静涡旋齿(2)、第一动涡旋齿(3)和第二动涡旋齿(4)的啮合型线是由第一中线FDE、第二中线F₁K₁、第三中线F₂K₂、第四中线F₃K₃分别向内、外侧法向等距生成，法向等距的距离为曲轴回转半径的一半；第一中线FDE由第一圆渐开线FD和第一变径基圆渐开线DE组成；第一基圆渐开线FD的中心是O₁点，第一变径基圆渐开线DE的中心是中心O点；将第一中线FDE依次逆时针旋转90°、180°、270°分别得到第二中线F₁K₁、第三中线F₂K₂、第四中线F₃K₃；正四边形G₁G₃G₂G₄的内接圆O，F点是G₁G₃的中点，F₁点是G₁G₄的中点，F₂点是G₂G₄的中点，F₃点是G₂G₃的中点；M₃H₁的中点是D点；第一中线FDE的第一圆渐开线FD和第一中线FDE的第一变径基圆渐开线DE在D点光滑连接。

一种全啮合的渐变壁厚双涡旋齿，其特征是：第一动涡旋齿(3)和第二动涡旋齿(4)在公转平动的工作过程中，动涡旋齿型线和静涡旋齿型线实现完全正确啮合，即第一静涡旋齿(1)的第一圆渐开线的等距曲线G₁H₁和第一动涡旋齿(3)的第六圆渐开线的等距曲线G₃M₃，第一静涡旋齿(1)的第二圆渐开线的等距曲线G₁M₁和第二动涡旋齿(4)的第七圆渐开线的等距曲线G₄H₄，第一静涡旋齿(1)的第一变径基圆渐开线的等距曲线H₁I₁和第一动涡旋齿(3)的第六变径基圆渐开线的等距曲线M₃N₃，第一静涡旋齿(1)的第二变径基圆渐开线的等距曲线M₁N₁和第二动涡旋齿(4)的第七变径基圆渐开线的等距曲线H₄I₄，第二静涡旋齿(2)的第三圆渐开线的等距曲线G₂H₂和第一动涡旋齿(3)的第八圆渐开线的等距曲线G₄M₄，第二静涡旋齿(2)的第四圆渐开线的等距曲线G₂M₂和第二动涡旋齿(4)的第五圆渐开线的等距曲线G₃H₃，第二静涡旋齿(2)的第三变径基圆渐开线的等距曲线H₂I₂和第一动涡旋齿(3)的第八变径基圆渐开线的等距曲线M₄N₄，第二静涡旋齿(2)的第四变径基圆渐开线的等距曲线M₂N₂和第二动涡旋齿(4)的第五变径基圆渐开线的等距曲线H₃I₃分别实现完全正确啮合。

如图2所示，图(a)和图(b)分别为第一静涡旋齿(1)、第二静涡旋齿(2)和第一动涡旋齿(3)和第二动涡旋齿(4)，静涡旋齿和动涡旋齿厚度δ从外圈到中心逐渐增大，最外圈处的涡旋齿厚度最小，涡旋齿中心处的厚度最大。

如图3所示，第一静涡旋齿(1)和第一动涡旋齿(3)之间第一中线FDE，包括第一圆渐开线FD和第一变径基圆渐开线DE；第一基圆渐开线FD的中心是O₁点，第一变径基圆渐开线DE的中心是中心O点；将第一中线FDE依次逆时针旋转90°、180°、270°分别得到第二中线F₁K₁、第三中线F₂K₂、第四中线F₃K₃；曲线ABD是圆渐开线CFD在D点的法线和曲线ABD是变径基圆渐开线在D点的法线。

本发明的一种全啮合的渐变壁厚双涡旋齿，其特征是：

第一中线FDE的第一圆渐开线FD方程

$\left\{\begin{array}{c}{x}_{OD}\left(t\right)=x_{O1}+R_b\[cos\left(t\right)+(t+C_1)sin\left(t\right)\]\\ y_{OD}\left(t\right)=y_{O1}+R_b\[sin\left(t\right)-(t+C_1)\cos \left(t\right)\]\end{array}\right.$

第一圆渐开线的等距型线G₁H₁方程

$\left\{\begin{array}{c}x\left(t\right)=x_{O1}+R_b\[cos\left(t\right)+(t+C_2)sin\left(t\right)\]\\ y\left(t\right)=y_{O1}+R_b\[sin\left(t\right)-(t+C_2)\cos \left(t\right)\]\end{array}\right.$

第二圆渐开线的等距型线G₁M₁方程

$\left\{\begin{array}{c}x\left(t\right)=x_{O1}+R_b\[cos\left(t\right)+(t+C_3)sin\left(t\right)\]\\ y\left(t\right)=y_{O1}+R_b\[sin\left(t\right)-(t+C_3)\cos \left(t\right)\]\end{array}\right.$

第一中线FDE的第一变径基圆渐开线DE方程

$\left\{\begin{array}{c}{x}_{DE}\left(t\right)=R_1(t+D_1)cos\left(t\right)+R_1(\frac{t^2}{2}+D_{1}t+D_2)sin\left(t\right)\\ y_{DE}\left(t\right)=R_1(t+D_1)sin\left(t\right)-R_1(\frac{t^2}{2}+D_{1}t+D_2)cos\left(t\right)\end{array}\right.$

第一变径基圆渐开线的等距曲线H₁I₁方程

$\left\{\begin{array}{c}x\left(t\right)=R_1(t+D_1)cos\left(t\right)+R_1(\frac{t^2}{2}+D_{1}t+D_2)sin\left(t\right)\\ y\left(t\right)=R_1(t+D_1)sin\left(t\right)-R_1(\frac{t^2}{2}+D_{1}t+D_4)cos\left(t\right)\end{array}\right.$

第二变径基圆渐开线的等距曲线M₁N₁方程

$\left\{\begin{array}{c}x\left(t\right)=R_1(t+D_1)cos\left(t\right)+R_1(\frac{t^2}{2}+D_{1}t+D_3)sin\left(t\right)\\ y\left(t\right)=R_1(t+D_1)sin\left(t\right)-R_1(\frac{t^2}{2}+D_{1}t+D_3)cos\left(t\right)\end{array}\right.$

其余涡旋齿型线生成和上述型线相同，都是由中线生成对应涡旋齿型线。式中：R_b—基圆半径，mm；R₁—变径基圆半径参数，mm；x_O1、y_O1为基圆渐开线的圆心O₁的坐标；t—角度变化参数，rad；C₁、C₂、C₃、D₁、D₂、D₃、D₄—常数。

如图4所示，动涡旋(3)、动涡旋(4)在运动过程中和第一静涡旋齿(1)、第二静涡旋齿(2)可以实现完全正确的啮合；在啮合工作过程中，动涡旋齿的公转平动可以使压缩机实现吸气过程，压缩过程到排气过程，图4(a)、(b)、(c)、(d)表示动涡旋齿和静涡旋齿啮合过程中曲轴旋转角度分别是0°、60°、180°、300°；渐变壁厚的涡旋齿可以使吸气容积更大；在工作过程中，由于涡旋齿厚度由外圈到中心逐渐增大，有利于增加压缩比，增加涡旋齿强度。

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 (7)

1.一种全啮合的渐变壁厚双涡旋齿，其特征是：外圈涡旋齿的内侧和外侧啮合型线是变径基圆渐开线的等距曲线，涡旋齿中心处的内侧和外侧啮合型线是圆渐开线的等距曲线；第一静涡旋齿(1)的啮合型线包括4段光滑连接的曲线，依次为：第一变径基圆渐开线的等距曲线H₁I₁、第一圆渐开线的等距曲线H₁G₁、第二圆渐开线的等距曲线G₁M₁和第二变径基圆渐开线的等距曲线M₁N₁；涡旋齿厚度δ从外圈到中心逐渐增大，最外圈处的涡旋齿厚度最小，涡旋齿中心处的厚度最大。

2.根据权利要求1所述的一种全啮合的渐变壁厚双涡旋齿，其特征是：静涡旋齿包括第一静涡旋齿(1)和第二静涡旋齿(2)，动涡旋齿包括第一动涡旋齿(3)和第二动涡旋齿(4)；第二静涡旋齿(2)和第一静涡旋齿(1)完全相同，第二静涡旋齿(2)相对中心O点旋转180°后与第一静涡旋齿(1)完全重合；第一静涡旋齿(1)和第二静涡旋齿(2)以中心O点为中心顺时针旋转90°与第一动涡旋齿(3)和第二动涡旋齿(4)完全重合；第一静涡旋齿(1)、第二静涡旋齿(2)、第一动涡旋齿(3)和第二动涡旋齿(4)的啮合型线是由第一中线FDE、第二中线F₁K₁、第三中线F₂K₂、第四中线F₃K₃分别向内侧、外侧法向等距生成，法向等距的距离为曲轴回转半径的一半；将第一中线FDE依次逆时针旋转90°、180°、270°分别得到第二中线F₁K₁、第三中线F₂K₂、第四中线F₃K₃；第一中线FDE由第一圆渐开线FD和第一变径基圆渐开线DE组成；第一基圆渐开线FD的中心是O₁点，第一变径基圆渐开线DE的中心是中心O点；第一圆渐开线FD经过F点，F点到中心O点的距离为曲轴回转半径的一半，第一圆渐开线FD和第一变径基圆渐开线DE在D点光滑连接。

3.根据权利要求1所述的一种全啮合的渐变壁厚双涡旋齿，其特征是：第一动涡旋齿(3)和第二动涡旋齿(4)在公转平动的工作过程中，动涡旋齿的啮合型线和静涡旋齿的啮合型线实现完全正确啮合，即第一静涡旋齿(1)的第一圆渐开线的等距曲线G₁H₁和第一动涡旋齿(3)的第六圆渐开线的等距曲线G₃M₃，第一静涡旋齿(1)的第二圆渐开线的等距曲线G₁M₁和第二动涡旋齿(4)的第七圆渐开线的等距曲线G₄H₄，第一静涡旋齿(1)的第一变径基圆渐开线的等距曲线H₁I₁和第一动涡旋齿(3)的第六变径基圆渐开线的等距曲线M₃N₃，第一静涡旋齿(1)的第二变径基圆渐开线的等距曲线M₁N₁和第二动涡旋齿(4)的第七变径基圆渐开线的等距曲线H₄I₄，第二静涡旋齿(2)的第三圆渐开线的等距曲线G₂H₂和第一动涡旋齿(3)的第八圆渐开线的等距曲线G₄M₄，第二静涡旋齿(2)的第四圆渐开线的等距曲线G₂M₂和第二动涡旋齿(4)的第五圆渐开线的等距曲线G₃H₃，第二静涡旋齿(2)的第三变径基圆渐开线的等距曲线H₂I₂和第一动涡旋齿(3)的第八变径基圆渐开线的等距曲线M₄N₄，第二静涡旋齿(2)的第四变径基圆渐开线的等距曲线M₂N₂和第二动涡旋齿(4)的第五变径基圆渐开线的等距曲线H₃I₃分别实现完全正确啮合。

4.根据权利要求1所述的一种全啮合的渐变壁厚双涡旋齿，其中线FDE特征是：

第一中线FDE的第一圆渐开线FD方程

第一中线FDE的第一变径基圆渐开线DE方程

式中：R_b—基圆半径，mm；R₁—变径基圆半径参数，mm；x_O1、y_O1为基圆渐开线的圆心O₁的坐标；t—角度变化参数，rad；C₁、D₁、D₂—常数。

5.一种涡旋压缩机，其特征是：使用权利要求1所述的一种全啮合的渐变壁厚双涡旋齿。

6.一种涡旋真空泵，其特征是：使用权利要求1所述的一种全啮合的渐变壁厚双涡旋齿。

7.一种涡旋膨胀机，其特征是：使用权利要求1所述的一种全啮合的渐变壁厚双涡旋齿。