CN106438355A - 一种全啮合的渐变壁厚涡旋齿 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全啮合的渐变壁厚涡旋齿，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FH、第一圆渐开线的等距曲线FG、第二圆渐开线的等距曲线GM和第二变径基圆渐开线的等距曲线MN；动涡旋齿相对中心O点旋转180°后与静涡旋齿完全重合；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。本发明提出的一种全啮合的渐变壁厚涡旋齿，可以增大涡旋压缩机的进气量，增加压缩比，提高面积利用率，增大排气区域涡旋齿的强度，有利于涡旋齿的设计和加工，改善涡旋齿工作性能。

Description

一种全啮合的渐变壁厚涡旋齿

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

涡旋式机械具有振动噪声小、零部件少、无吸排气阀、效率高的特点，在空调、制冷领域应用广泛；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200910016941.3)，公开了一种涡旋式气液混输泵，其涡旋齿型线的主要特征由四段构成，包括外侧变径基圆渐开线，内侧变径基圆渐开线，但该发明中涡旋齿型线采用的是基圆渐开线和变径基圆渐开线，动涡旋齿和静涡旋齿在运动过程中存在啮合间隙，且齿头尖端不参与啮合；中国申请发明专利(申请号201110308948.X)，公开了一种喷液涡旋压缩机的涡旋齿形线，其涡旋齿主要型线特征有三段涡旋型线组成，包括外侧变径基圆渐开线，内侧中心处变径基圆渐开线，内侧外圈变径基圆渐开线的法相等距曲线，该发明中涡旋齿型线采用了变径基圆渐开线和变径基圆渐开线的等距曲线，动涡旋齿和静涡旋齿存在啮合间隙，且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，涡旋齿中心的内侧和外侧啮合型线是基圆渐开线的等距曲线；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FH、第一圆渐开线的等距曲线FG、第二圆渐开线的等距曲线GM和第二变径基圆渐开线的等距曲线MN；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(1)和动涡旋齿(2)的啮合型线完全相同；静涡旋齿(1)相对中心O点旋转180°后与动涡旋齿(2)完全重合；静涡旋齿(1)和动涡旋齿(2)之间，存在中线EDOde，其中左侧中线ODE由第一圆渐开线OD和第一变径基圆渐开线DE组成；第一基圆渐开线OD的基圆中心是点O₁，第一变径基圆渐开线DE的变径基圆中心是中心O点；第一圆渐开线OD通过中心O点，第一圆渐开线OD和第一变径基圆渐开线DE在D点光滑连接；右侧中线Ode和左侧中线EDO相对中心O点180°旋转对称；动涡旋齿(2)和静涡旋齿(1)的啮合型线是由中线EDOde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。

静涡旋齿(1)外圈的外侧第一变径基圆渐开线的等距曲线FH和内侧第二变径基圆渐开线的等距曲线NM的变径基圆中心为中心O点；静涡旋齿(1)和动涡旋齿(2)的啮合型线完全相同；静涡旋齿(1)相对中心O点旋转180°后与动涡旋齿(2)完全重合；动涡旋齿(2)在公转平动的工作过程中，动涡旋齿(2)型线和静涡旋齿(1)型线实现完全正确啮合，即静涡旋齿(1)上的第一变径基圆渐开线的等距曲线FH、第一圆渐开线的等距曲线FG、第二圆渐开线的等距曲线MG、第二变径基圆渐开线的等距曲线NM分别与动涡旋齿(2)上第四变径基圆渐开线的等距曲线nm、第四圆渐开线的等距曲线mg、第三圆渐开线的等距曲线fg、第三变径基圆渐开线的等距曲线fh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涡旋齿。

本发明一种全啮合的渐变壁厚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，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涡旋齿图。

图2(a)是静涡旋齿(1)图。

图2(b)是动涡旋齿(2)图。

图3是形成动涡旋齿(2)和静涡旋齿(1)的中线图。

图4是动涡旋齿(2)和静涡旋齿(1)的啮合过程图。

图中：曲线FH—第一变径基圆渐开线的等距曲线；曲线FG—第一圆渐开线的等距曲线；曲线MG—第二圆渐开线的等距曲线；曲线NM—第二变径基圆渐开线的等距曲线；曲线nm—第四变径基圆渐开线的等距曲线；曲线mg—第四圆渐开线的等距曲线；曲线fg—第三圆渐开线的等距曲线；曲线fh—第三变径基圆渐开线的等距曲线；1—静涡旋齿；2—动涡旋齿；曲线OD—第一基圆渐开线；曲线Od—第二基圆渐开线；曲线DE—第一变径基圆渐开线；曲线de—第二变径基圆渐开线；gc₁是Ob₁向内侧法向等距生成型线；Gc₂是Ob₂向内侧法向等距生成型线；Ga₁是Ob₁向外侧法向等距生成型线；ga₂是Ob₂向外侧法向等距生成型线；d₁d₂是基圆O₁和基圆O₂的的公切线。

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所示，为一种全啮合的渐变壁厚涡旋齿图，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，其涡旋齿中心外的内外侧啮合型线是圆渐开线的等距曲线；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FH、第一圆渐开线的等距曲线FG、第二圆渐开线的等距曲线GM和第二变径基圆渐开线的等距曲线MN。静涡旋齿(1)和动涡旋齿(2)的型线完全相同，即静涡旋齿(1)相对中心O点旋转180°后与动涡旋齿(2)完全重合；动涡旋齿(2)在公转平动的工作过程中，动涡旋齿(2)型线和静涡旋齿(1)型线实现完全正确啮合，即静涡旋齿(1)上的第一变径基圆渐开线的等距曲线FH、第一圆渐开线的等距曲线FG、第二圆渐开线的等距曲线MG、第二变径基圆渐开线的等距曲线NM和动涡旋齿(2)上第四变径基圆渐开线的等距曲线nm、第四圆渐开线的等距曲线mg、第三圆渐开线的等距曲线fg、第三变径基圆渐开线的等距曲线fh。

图1中，在静涡旋齿(1)和动涡旋齿(2)的公转中心位置处，存在中线EDOde；左侧中线EDO和右侧中线Ode相对中心O点180°旋转对称；第一圆渐开线OD和第二圆渐开线Od的中心分别是点O₁和点O₂，基圆O₁和基圆O₂的公切线d₁d₂过中心O点；第一变径基圆渐开线DE和第二变径基圆渐开线de是中心O点，gc₁和Ga₁是Ob₁分别向内外两侧法向等距生成型线，ga₂和Gc₂是Ob₂分别向内外两侧法向等距生成型线；动涡旋齿(2)和静涡旋齿(1)的啮合型线是由中线EDOde分别向内、外侧法相等距生成：第一基圆渐开线OD向内侧和外侧偏置生成第三圆渐开线的等距曲线fg和第二圆渐开线的等距曲线MG，第二基圆渐开线Od向内侧和外侧偏置生成第一圆渐开线的等距曲线FG和第四圆渐开线的等距曲线mg，第一变径基圆渐开线DE向内侧和外侧偏置生成第三变径基圆渐开线的等距曲线fh和第二变径基圆渐开线的等距曲线NM，第二变径基圆渐开线de向内侧和外侧偏置生成第一变径基圆渐开线的等距曲线FH和第四变径基圆渐开线的等距曲线nm，法相等距距离为曲轴回转半径的一半；MDf三点共线和圆O₁相切，mdF三点共线和圆O₂相切。

如图2所示，图(a)和图(b)分别为静涡旋齿(1)和动涡旋齿(2)，静涡旋齿(1)和动涡旋齿(2)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，左侧中线ODE由第一圆渐开线OD和第一变径基圆渐开线DE组成；第一圆渐开线OD的中心是O₁点，第一变径基圆渐开线DE的中心是O点；第一圆渐开线OD和第一变径基圆渐开线DE组成在D点光滑连接；以O₁为中心的基圆渐开线是曲线COD,以O为中心的变径基圆渐开线是曲线KDE；第一圆渐开线OD过中线O点和D点，AB是第一变径基圆渐开线DE的法线，AB是第一圆渐开线OD的法线，交点为D点。

本发明的一种全啮合的渐变壁厚涡旋齿，其特征是：

左侧中线EDO的第一圆渐开线OD方程

第一圆渐开线的等距型线FG方程

第二圆渐开线的等距型线MG方程

左侧中线EDO的第一变径基圆渐开线DE方程

第一变径基圆渐开线的等距曲线FH方程

第二变径基圆渐开线的等距曲线MN方程

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点的坐标；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(2)在运动过程中和静涡旋齿(1)可以实现完全正确的啮合；在啮合工作过程中，动涡旋齿(2)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(2)和静涡旋齿(1)啮合过程中曲轴旋转角度分别是20°、110°、200°、290°；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；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FH、第一圆渐开线的等距曲线FG、第二圆渐开线的等距曲线GM和第二变径基圆渐开线的等距曲线MN；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涡旋齿，其特征是：静涡旋齿(1)和动涡旋齿(2)的啮合型线完全相同；静涡旋齿(1)相对中心O点旋转180°后与动涡旋齿(2)完全重合；静涡旋齿(1)和动涡旋齿(2)的啮合型线是由中线EDOde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；中线EDOde由左侧中线EDO和右侧中线Ode组成，左侧中线Ode和右侧中线EDO相对中心O点180°旋转对称；左侧中线ODE由第一圆渐开线OD和第一变径基圆渐开线DE组成；第一基圆渐开线OD的基圆中心是O₁点，第一变径基圆渐开线DE的变径基圆中心是中心O点；左侧中线EDO中的第一圆渐开线OD通过中心O点，第一圆渐开线OD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涡旋齿，其特征是：动涡旋齿(2)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，即静涡旋齿(1)上的第一变径基圆渐开线的等距曲线FH、第一圆渐开线的等距曲线FG、第二圆渐开线的等距曲线MG、第二变径基圆渐开线的等距曲线NM分别与动涡旋齿(2)上第四变径基圆渐开线的等距曲线nm、第四圆渐开线的等距曲线mg、第三圆渐开线的等距曲线fg、第三变径基圆渐开线的等距曲线fh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涡旋齿，其中线特征是：

左侧中线EDO中的第一圆渐开线OD方程为

$\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.$

左侧中线EDO中的第一变径基圆渐开线DE方程为

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

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：使用权力要求1所述的一种全啮合的渐变壁厚涡旋齿。

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

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