CN106949053A - 一种包含椭圆弧的爪式转子 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种包含椭圆弧的爪式转子；左爪式转子(101)的组成型线包括：2段摆线、4段圆弧、2段线段、2段椭圆弧；右爪式转子(102)包括：4段摆线、4段圆弧、2段线段的包络线、2段椭圆弧的包络线；在其同步异向双回转运动中，左右2个爪式转子能够实现转子的完全正确啮合，且都关于其回转中心点呈中心对称；带有尖点的爪式转子具有自清洁能力，可以降低气体中杂质对爪式真空泵工作的影响；该爪式转子提高了爪式真空泵的吸气量、内容积比和容积利用率，降低了相对余隙容积，从而降低了使用功耗，提高了爪式真空泵的工作效率和工作性能。

Description

一种包含椭圆弧的爪式转子

技术领域

本发明涉及一种包含椭圆弧的爪式转子，应用于爪式真空泵，尤其是适用于吸气量大、气体杂质较多的工作场合。

背景技术

爪式真空泵是一种在生产中广泛使用的新型干式真空泵，爪式转子的型线组成和啮合特性决定了爪式真空泵的使用性能，所以爪式真空泵设计的关键是爪式转子的型线设计；爪式转子由一对能够实现共轭啮合的转子组成，通过同步齿轮实现转子的同步异向双回转运动，使工作腔容积发生周期性变化，完成气体的吸入、压缩和排出过程，实现不断抽真空的目的。

现有爪式转子的型线类型包括：圆弧、摆线、线段以及它们的包络线。中国专利(专利号：CN201510400518.9)提出了一种全啮合的爪式转子型线，该爪式转子能够提高转子的啮合密封性和力学性能；但该爪式转子存在以下缺点：①单爪式转子真空泵的吸气量和容积利用率较低，在气量较大的工作场合难以满足使用要求；②爪式转子型线的光滑连接，使转子对气体杂质，尤其是爪背处的气体杂质较为敏感，不适用于气体杂质较多的工作场合。

中国专利(专利号：CN200510088855.5)提出了一种爪式转子设计方法，设计出相互共轭啮合的定义转子和共轭转子，并以参数化方法得到运动曲线，从而评估最佳转子性能；但该爪式转子存在以下缺点：①爪式转子在爪顶处是点与线的啮合，所以爪顶处密封效果差，在高压段容易造成气体的泄漏，降低了爪式真空泵的使用性能和工作效率；②爪臂处厚度较小，在工作过程中爪臂处力学性能较差，容易产生失效，降低了爪式真空泵的使用寿命和稳定性。

发明内容

为了解决爪式转子运转过程中，点与线的啮合容易产生较大泄漏，为了提高转子的自清洁能力，使爪式真空泵能适用于更多的场合，同时为了丰富爪式转子的型线类型，本发明采用椭圆弧与椭圆弧的包络线作为爪式转子型线，提出了一种包含椭圆弧的爪式转子和构建方法；在爪顶处采用1段爪顶圆弧，提高转子与泵壳的啮合密封性，减小了压缩时间隙处的气体泄漏和爪背处的受力变形；采用1段椭圆弧，使从爪底处向爪背处的过渡更符合爪式真空泵的工作过程，提高了爪式真空泵的吸气量、内容积比和容积利用率，曲线曲率变化更为连续平缓，转子运转更加平稳，降低了噪声，提高了爪式转子的力学性能；所以，该转子型线能够适用于更高转速、更高压力和更高温度的使用场合，提高了转子的性能和使用寿命；对于丰富爪式转子型线类型和促进爪式真空泵的发展都具有重要的意义。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种包含椭圆弧的爪式转子，其特征是：包括左爪式转子(101)和右爪式转子(102)；左爪式转子(101)的组成型线包括：2段摆线、4段圆弧、2段线段、2段椭圆弧，左爪式转子(101)关于其回转中心点O₁中心对称，即左爪式转子(101)以其回转中心点O₁为中心旋转180°后，与未旋转的左爪式转子(101)完全重合，点O₁是左爪式转子(101)的对称中心；左爪式转子(101)的组成型线的二分之一按逆时针方向依次为：第一摆线AB、爪顶圆弧BC、线段CD、节圆圆弧DE、椭圆弧EF；右爪式转子(102)与左爪式转子(101)的形状和组成型线种类不完全相同；右爪式转子(102)的组成型线包括：4段摆线、4段圆弧、2段线段的包络线、2段椭圆弧的包络线，右爪式转子(102)关于其回转中心点O₂中心对称，即右爪式转子(102)以其回转中心点O₂为中心旋转180°后，与未旋转的右爪式转子(102)完全重合，点O₂是右爪式转子(102)的对称中心；右爪式转子(102)的组成型线的二分之一按顺时针方向依次为：第二摆线ab、爪底圆弧bc、第三摆线cd、线段的包络线de、节圆圆弧ef、椭圆弧的包络线fg。

一种包含椭圆弧的爪式转子，其特征是：在同步异向双回转运动下，左爪式转子(101)和右爪式转子(102)的组成型线能够实现完全正确的啮合；左爪式转子(101)的第一摆线AB、第一爪尖B、爪顶圆弧BC、第二爪尖C、线段CD、节圆圆弧DE、椭圆弧EF，分别与右爪式转子(102)的第三爪尖a、第二摆线ab、爪底圆弧bc、第三摆线cd、线段的包络线de、节圆圆弧ef、椭圆弧的包络线fg相啮合；其对称部分也能够实现正确的啮合。

一种包含椭圆弧的爪式转子，其特征是：

①左爪式转子(101)的爪顶圆弧BC和右爪式转子(102)的爪底圆弧bc对应的圆心角相等，为α；左爪式转子(101)的节圆圆弧DE和右爪式转子(102)的节圆圆弧ef对应的圆心角相等，为π/2－α－β；

角度β由以下公式确定：

②左爪式转子(101)的第一摆线AB和右爪式转子(102)的第二摆线ab、第三摆线cd的方程为：

③右爪式转子(102)的线段的包络线de的方程为：

④右爪式转子(102)的椭圆弧的包络线fg的方程为：

其中，

以上：t—角度参数，rad；R₂—节圆半径，mm；R₁—爪顶圆弧半径，mm；R₃—爪底圆弧半径，mm；且2R₂＝R₁+R₃；R_a—椭圆弧长半轴，mm；R_b—椭圆弧短半轴，mm；且R_a＝R₃，R_b＝R₂；α、β—角度，rad。

一种爪式真空泵，其特征是：使用所述的一种包含椭圆弧的爪式转子。

本发明的有益效果为：

①采用椭圆弧及其包络线作为爪式转子型线，椭圆弧及其包络线有利于在更大范围内开设排气口，从而提高爪式真空泵的内容积比和综合性能；

②该爪式转子在爪顶处采用了2段爪顶圆弧，提高了爪式真空泵的啮合密封性，减少了气体的泄漏，增加了爪背处的厚度，从而提高了爪背处和转子的力学性能；

③该爪式转子提高了不对称双爪转子爪式真空泵的吸气量和容积利用率，降低了相对余隙容积，从而提高了爪式真空泵的工作效率，降低了使用功耗；

④该爪式转子存在尖点，可以提高该爪式真空泵的自清洁能力，降低爪式真空泵工作过程中，因工作介质的杂质造成而的磨损增加，功耗变大的问题。

附图说明

图1是一种包含椭圆弧的爪式转子的型线图。

图2是一种包含椭圆弧的爪式转子的左爪式转子(101)的型线图。

图3是一种包含椭圆弧的爪式转子的右爪式转子(102)的型线图。

图4是一种包含椭圆弧的爪式转子在工作中各型线的啮合图。

图中：AB、A′B′为第一摆线；BC、B′C′为爪顶圆弧；CD、C′D′为线段；DE、D′E′为节圆圆弧；EF、E′F′为椭圆弧；ab、a′b′为第二摆线；bc、b′c′为爪底圆弧；cd、c′d′为第三摆线；de、d′e′为线段的包络线；ef、e′f′为节圆圆弧；fg、f′g′为椭圆弧的包络线；101—左爪式转子；102—右爪式转子。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，为所提出的一种包含椭圆弧的爪式转子，左爪式转子(101)包括：2段摆线(AB、A′B′)、4段圆弧(BC、DE、B′C′、D′E′)、2段线段(CD、C′D′)、2段椭圆弧(EF、E′F′)；右爪式转子(102)包括：4段摆线(ab、cd、a′b′、c′d′)、4段圆弧(bc、ef、b′c′、e′f′)、2段线段的包络线(de、d′e′)、2段椭圆弧的包络线(fg、f′g′)。

如图2所示，为所提出的一种包含椭圆弧的爪式转子的左爪式转子(101)，按逆时针方向，转子型线依次为：第一摆线AB、爪顶圆弧BC、线段CD、节圆圆弧DE、椭圆弧EF、第一摆线A′B′、爪顶圆弧B′C′、线段C′D′、节圆圆弧D′E′、椭圆弧E′F′。

如图3所示，为所提出的一种包含椭圆弧的爪式转子的右爪式转子(102)，按顺时针方向，转子型线依次为：第二摆线ab、爪底圆弧bc、第三摆线cd、线段的包络线de、节圆圆弧ef、椭圆弧的包络线fg、第二摆线a′b′、爪底圆弧b′c′、第三摆线c′d′、线段的包络线d′e′、节圆圆弧e′f′、椭圆弧的包络线f′g′。

如图4所示，为所提出的一种包含椭圆弧的爪式转子在工作中各型线的啮合图，(a)～(j)图中各相邻图所对应的主轴转角相错20°；即(a)图到(b)图左爪式转子(101)逆时针旋转20°，右爪式转子(102)顺时针旋转20°；(b)图到(c)图左爪式转子(101)逆时针旋转20°，右爪式转子(102)顺时针旋转20°；以此类推。在图(a)～(e)中，左爪式转子(101)的椭圆弧E′F′与右爪式转子(102)的椭圆弧的包络线f′g′相互啮合；在图(f)中，左爪式转子(101)的节圆圆弧D′E′与右爪式转子(102)的节圆圆弧e′f′相互啮合；在图(g)中，左爪式转子(101)的线段C′D′与右爪式转子(102)的线段的包络线d′e′相互啮合；在图(h)中，左爪式转子(101)的线段C′D′与右爪式转子(102)的线段的包络线d′e′相互啮合，左爪式转子(101)的第一爪尖B′与右爪式转子(102)的第二摆线a′b′相互啮合；在图(i)中，左爪式转子(101)的爪顶圆弧B′C′与右爪式转子(102)的爪底圆弧b′c′相互啮合，左爪式转子(101)的第一爪尖B′与右爪式转子(102)的第二摆线a′b′相互啮合；在图(j)中，左爪式转子(101)的第二爪尖C′与右爪式转子(102)的第三摆线c′d′相互啮合。

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 (4)

1.一种包含椭圆弧的爪式转子，其特征是：包括左爪式转子(101)和右爪式转子(102)；左爪式转子(101)的组成型线包括：2段摆线、4段圆弧、2段线段、2段椭圆弧，左爪式转子(101)关于其回转中心点O₁中心对称，即左爪式转子(101)以其回转中心点O₁为中心旋转180°后，与未旋转的左爪式转子(101)完全重合，点O₁是左爪式转子(101)的对称中心；左爪式转子(101)的组成型线的二分之一按逆时针方向依次为：第一摆线AB、爪顶圆弧BC、线段CD、节圆圆弧DE、椭圆弧EF；右爪式转子(102)与左爪式转子(101)的形状和组成型线种类不完全相同；右爪式转子(102)的组成型线包括：4段摆线、4段圆弧、2段线段的包络线、2段椭圆弧的包络线，右爪式转子(102)关于其回转中心点O₂中心对称，即右爪式转子(102)以其回转中心点O₂为中心旋转180°后，与未旋转的右爪式转子(102)完全重合，点O₂是右爪式转子(102)的对称中心；右爪式转子(102)的组成型线的二分之一按顺时针方向依次为：第二摆线ab、爪底圆弧bc、第三摆线cd、线段的包络线de、节圆圆弧ef、椭圆弧的包络线fg。

2.根据权利要求1所述的一种包含椭圆弧的爪式转子，其特征是：在同步异向双回转运动下，左爪式转子(101)和右爪式转子(102)的组成型线能够实现完全正确的啮合；左爪式转子(101)的第一摆线AB、第一爪尖B、爪顶圆弧BC、第二爪尖C、线段CD、节圆圆弧DE、椭圆弧EF，分别与右爪式转子(102)的第三爪尖a、第二摆线ab、爪底圆弧bc、第三摆线cd、线段的包络线de、节圆圆弧ef、椭圆弧的包络线fg相啮合；其对称部分也能够实现正确的啮合。

3.根据权利要求1所述的一种包含椭圆弧的爪式转子，其特征是：

①左爪式转子(101)的爪顶圆弧BC和右爪式转子(102)的爪底圆弧bc对应的圆心角相等，为α；左爪式转子(101)的节圆圆弧DE和右爪式转子(102)的节圆圆弧ef对应的圆心角相等，为π/2－α－β；

角度β由以下公式确定：

$\mathrm{\β}=arccos\frac{R_2}{R_1}$

②左爪式转子(101)的第一摆线AB和右爪式转子(102)的第二摆线ab、第三摆线cd的方程为：

$\left\{\begin{array}{c}x\left(t\right)=2R_2\cos t-R_{1}cos2t\\ y\left(t\right)=2R_2\sin t-R_1\sin 2t\end{array}\right.$

③右爪式转子(102)的线段的包络线de的方程为：

$\left\{\begin{array}{c}x\left(t\right)=R_2\cos t-R_2(1-\cos t)cos2t\\ y\left(t\right)=R_2\sin t-R_2(1-\cos t)sin2t\end{array}\right.$

④右爪式转子(102)的椭圆弧的包络线fg的方程为：

其中，

以上：t—角度参数，rad；R₂—节圆半径，mm；R₁—爪顶圆弧半径，mm；R₃—爪底圆弧半径，mm；且2R₂＝R₁+R₃；R_a—椭圆弧长半轴，mm；R_b—椭圆弧短半轴，mm；且R_a＝R₃，R_b＝R₂；α、β—角度，rad。

4.一种爪式真空泵，其特征是：使用如权利要求1所述的一种包含椭圆弧的爪式转子。