CN107882735A - 一种严格密封型双齿双螺杆真空泵转子型线 - Google Patents

Abstract

一种严格密封型双齿双螺杆真空泵转子型线，其中一个转子包括首尾依次相连的第一齿顶圆弧段ab、第一渐开线段bc、第一点啮合外摆线段cd、第一齿根圆弧段de、第二点啮合外摆线段ef、第二渐开线段fg、第二齿顶圆弧段gh、第三渐开线段hi、第三点啮合外摆线段ij、第二齿根圆弧段jk以及第四点啮合外摆线段ka，另一个转子具有相同的结构。在转动过程中，型线处处连续，每个转角下，都存在一个至多个啮合点，降低了功耗，提高了极限真空度。双螺杆真空泵采用此型线能够使阴阳转子的动平衡性能得到改善，运行过程中无泄漏三角形，具有易损件少，结构紧凑，抽气速率高，无喘振，振动噪音小等优点。

Description

一种严格密封型双齿双螺杆真空泵转子型线

技术领域

本发明属于机械工程设计领域，尤其涉及一种严格密封型双齿双螺杆真空泵转子型线。

背景技术

干式双螺杆真空泵是一种容积式无油真空泵，多用于获得干燥、低污染的高真空环境，在现代工业中有着广泛的应用。它继承了螺杆机械寿命长，强制吸排气，无易损件，运转可靠，振动小，噪音低，工作平稳，无喘振现象等诸多优点，成为真空泵领域的研究热点。

双螺杆真空泵中的核心部件为两个转子，转子端面型线的选取直接影响着转子的结构，从而影响着真空泵的加工方式与运行性能。传统的真空泵型线为了便于加工，两个转子往往选取相同的型线，且真空泵型线多采用单齿结构。但是，单齿结构的非对称性会严重影响螺杆转子的动平衡性能，从而造成能耗增高，噪音增加的缺点。

相比于单齿结构，采用双齿结构的螺杆转子的动平衡性能会大大改善，而完全对称的双齿结构又会造成工作腔的不密闭，严重影响真空泵的工作性能。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种严格密封型双齿双螺杆真空泵转子型线，既能改善真空泵螺杆转子的动平衡性能，又能保证真空泵工作腔的密封性。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：其中一个转子包括首尾依次相连的第一齿顶圆弧段ab、第一渐开线段bc、第一点啮合外摆线段cd、第一齿根圆弧段de、第二点啮合外摆线段ef、第二渐开线段fg、第二齿顶圆弧段gh、第三渐开线段hi、第三点啮合外摆线段ij、第二齿根圆弧段jk以及第四点啮合外摆线段ka；所述的第一齿顶圆弧段ab与第二齿顶圆弧段gh位于齿顶圆上，第一齿根圆弧段de与第二齿根圆弧段jk位于齿根圆上；所述的齿顶圆、齿根圆与节圆为同心圆，且满足

另一个转子具有相同的结构，包括首尾依次相连的第一齿顶圆弧段a’b’、第一渐开线段b’c’、第一点啮合外摆线段c’d’、第一齿根圆弧段d’e’、第二点啮合外摆线段e’f’、第二渐开线段f’g’、第二齿顶圆弧段g’h’、第三渐开线段h’i’、第三点啮合外摆线段i’j’、第二齿根圆弧段j’k’以及第四点啮合外摆线段k’a’；在转动啮合过程中，型线a点与第四点啮合外摆线段k’a’啮合，第一渐开线段bc与第二齿根圆弧段j’k’啮合，型线b点与第三点啮合外摆线段i’j’啮合，第一渐开线段bc与第三渐开线段h’i’啮合，第一点啮合外摆线段cd与型线h’点啮合，第一齿根圆弧段de与第二齿顶圆弧段g’h’啮合，第二点啮合外摆线段ef与型线g’啮合，第二渐开线段fg与第二渐开线段f’g’啮合，型线g点与第二点啮合外摆线段e’f’啮合，第二齿顶圆弧段gh与第一齿根圆弧段d’e’相啮合，型线h点与第一点啮合外摆线段c’d’相啮合，第三渐开线段hi与第一渐开线段b’c’啮合，第三点啮合外摆线段ij与型线b’点啮合，第二齿根圆弧段jk与第一齿顶圆弧段a’b’啮合，第四点啮合外摆线段ka与型线a’啮合。

所述的第一渐开线段bc、第二渐开线段fg、第三渐开线段hi以及第一渐开线段b’c’、第二渐开线段f’g’、第三渐开线段h’i’在极坐标系下的参数方程为：

其中，r为几何参数，满足r<r_节圆，各渐开线段参数取为ρ₁＝ρ_交点，ρ₂＝r_齿顶圆；

其中按如下方式取得：

其中

所述的第一点啮合外摆线段cd、第二点啮合外摆线段ef、第三点啮合外摆线段ij、第四点啮合外摆线段ka以及第一点啮合外摆线段c’d’、第二点啮合外摆线段e’f’、第三点啮合外摆线段i’j’、第四点啮合外摆线段k’a’在直角坐标系下的参数方程为：

第四点啮合外摆线段ka与第四点啮合外摆线段k’a’参数取ρ(θ)∈(r_齿根圆，r_齿顶圆)；

其余点啮合外摆线段的参数取ρ(θ)∈(r_齿根圆，ρ_交点)；

其中按如下方式取得：

其中

由第一齿顶圆弧段ab、第一渐开线段bc、第一点啮合外摆线段cd组成的线段bd，与由第二点啮合外摆线段ef、第二渐开线段fg组成的线段eg，以及由第三渐开线段hi、第三点啮合外摆线段ij组成的线段hj为相同线段；由第一齿顶圆弧段a’b’、第一渐开线段b’c’、第一点啮合外摆线段c’d’组成的线段b’d’，与由第二点啮合外摆线段e’f’、第二渐开线段f’g’组成的线段e’g’，以及由第三渐开线段h’i’、第三点啮合外摆线段i’j’组成的线段h’j’为相同线段。

所述第一齿顶圆弧段ab与第二齿根圆弧段jk所对应的转角相等，第一齿顶圆弧段a’b’与第二齿根圆弧段j’k’所对应的转角相等。

所述第二齿顶圆弧段gh与第一齿根圆弧段de所对应的转角相等，第二齿顶圆弧段g’h’与第一齿根圆弧段d’e’所对应的转角相等。

所述两个转子的齿顶圆与齿根圆半径根据极限真空度与抽气速率进行优选。

所述的齿顶圆与齿根圆的圆弧转角式中的θ_非圆曲线为曲线转角总和。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：通过首尾依次相连的第一齿顶圆弧段、第一渐开线段、第一点啮合外摆线段、第一齿根圆弧段、第二点啮合外摆线段、第二渐开线段、第二齿顶圆弧段、第三渐开线段、第三点啮合外摆线段、第二齿根圆弧段以及第四点啮合外摆线段，实现了完全相同的阴阳转子结构，避免了阴阳转子不匹配的现象。双螺杆真空泵采用此型线能够使阴阳转子的动平衡性能得到改善，运行过程中无泄漏三角形，型线处处连续，每个转角下，都存在一个至多个啮合点，降低了功耗，提高了极限真空度。相比其他常规泵型，本发明具有易损件少，结构紧凑，抽气速率高，无喘振，振动噪音小等优点。

附图说明

图1原始转子型线示意图；

图2本发明转子型线示意图；

图3本发明转子型线啮合示意图；

图4本发明转子型线啮合运行示意图：(a)～(h)为不同运行状态下的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。

参见图1，本发明采用原始单头双螺杆真空泵型线为原形即能够进行改造，在原始型线中，两圆弧连接线a曲线与另一转子的a曲线啮合，b曲线与b曲线相啮合，a曲线与b曲线的非对称性会导致面积中心与轴线之间的距离加大。

本发明采用双齿结构，即将一条a曲线与三条a曲线分别连接齿顶圆弧与齿根圆弧两端，既改善了型线的非对称性，又确保了真空泵转子运行过程中的密封性能。

参见图2-3及图4(a)-图4(h)，本发明双螺杆真空泵转子型线由首尾依次连接的第一齿顶圆弧段、第一渐开线段、第一点啮合外摆线段、第一齿根圆弧段、第二点啮合外摆线段、第二渐开线段、第二齿顶圆弧段、第三渐开线段、第三点啮合外摆线段、第二齿根圆弧段以及第四点啮合外摆线段组成。型线a点与第四点啮合外摆线段k’a’啮合，第一渐开线段bc与第二齿根圆弧段j’k’啮合，型线b点与第三点啮合外摆线段i’j’啮合，第一渐开线段bc与第三渐开线段h’i’啮合，第一点啮合外摆线段cd与型线h’点啮合，第一齿根圆弧段de与第二齿顶圆弧段g’h’啮合，第二点啮合外摆线段ef与型线g’啮合，第二渐开线段fg与第二渐开线段f’g’啮合，型线g点与第二点啮合外摆线段e’f’啮合，第二齿顶圆弧段gh与第一齿根圆弧段d’e’相啮合，型线h点与第一点啮合外摆线段c’d’相啮合，第三渐开线段hi与第一渐开线段b’c’啮合，第三点啮合外摆线段ij与型线b’点啮合，第二齿根圆弧段jk与第一齿顶圆弧段a’b’啮合，第四点啮合外摆线段ka与型线a’啮合。

该型线处处连续且阴阳转子型线完全相同，具体的设计步骤如下所示：

1、由极限真空度与抽气速率优选r_齿顶圆与r_齿根圆；

2、由确定节圆半径。

3、渐开线段在极坐标系下的参数方程为：

其中，r为几何参数应满足(r<r_节圆)，各渐开线段参数取为ρ₁＝ρ_交点，ρ₂＝r_齿顶圆，

其中，按如下方式取得：

其中

由此确定bc渐开线段。

4、外摆线段在直角坐标系下的参数方程为：

第四点啮合外摆线段ka与第四点啮合外摆线段k’a’参数取ρ(θ)∈(r_齿根圆，r_齿顶圆)；

其余点啮合外摆线段的参数取ρ(θ)∈(r_齿根圆，ρ_交点)；

其中ρ_交点同步骤3所述ρ_交点为同一参数，由此确定各外摆线段。

5、由第一齿顶圆弧段ab、第一渐开线段bc、第一点啮合外摆线段cd组成的线段bd，与由第二点啮合外摆线段ef、第二渐开线段fg组成的线段eg，以及由第三渐开线段hi、第三点啮合外摆线段ij组成的线段hj为相同的线段；由第一齿顶圆弧段a’b’、第一渐开线段b’c’、第一点啮合外摆线段c’d’组成的线段b’d’，与由第二点啮合外摆线段e’f’、第二渐开线段f’g’组成的线段e’g’，以及由第三渐开线段h’i’、第三点啮合外摆线段i’j’组成的线段h’j’为相同的线段。由此确定eg、hj、e’g’、h’j’曲线。

6、齿顶圆弧段ab、gh分别与齿根圆弧段kj、de所对应的转角相等，作为优选，另四条圆弧段转角相等，再由步骤1-4所确定的曲线转角总和为：θ_非圆曲线，进而求出 由此确定齿顶圆弧段ab、gh与齿根圆弧段kj、de。

同理，能够确定齿顶圆弧段a’b’、g’h’与齿根圆弧段k’j’、d’e’。

双螺杆真空泵采用此型线能够使阴阳转子的动平衡性能得到改善，运行过程中无泄漏三角形，型线处处连续，每个转角下，都存在一个至多个啮合点，降低了功耗，提高了极限真空度。本发明具有易损件少，结构紧凑，抽气速率高，无喘振，振动噪音小等优点。

Claims (8)

1.一种严格密封型双齿双螺杆真空泵转子型线，其特征在于：其中一个转子包括首尾依次相连的第一齿顶圆弧段ab、第一渐开线段bc、第一点啮合外摆线段cd、第一齿根圆弧段de、第二点啮合外摆线段ef、第二渐开线段fg、第二齿顶圆弧段gh、第三渐开线段hi、第三点啮合外摆线段ij、第二齿根圆弧段jk以及第四点啮合外摆线段ka；所述的第一齿顶圆弧段ab与第二齿顶圆弧段gh位于齿顶圆上，第一齿根圆弧段de与第二齿根圆弧段jk位于齿根圆上；所述的齿顶圆、齿根圆与节圆为同心圆，且满足

另一个转子具有相同的结构，包括首尾依次相连的第一齿顶圆弧段a’b’、第一渐开线段b’c’、第一点啮合外摆线段c’d’、第一齿根圆弧段d’e’、第二点啮合外摆线段e’f’、第二渐开线段f’g’、第二齿顶圆弧段g’h’、第三渐开线段h’i’、第三点啮合外摆线段i’j’、第二齿根圆弧段j’k’以及第四点啮合外摆线段k’a’；在转动啮合过程中，型线a点与第四点啮合外摆线段k’a’啮合，第一渐开线段bc与第二齿根圆弧段j’k’啮合，型线b点与第三点啮合外摆线段i’j’啮合，第一渐开线段bc与第三渐开线段h’i’啮合，第一点啮合外摆线段cd与型线h’点啮合，第一齿根圆弧段de与第二齿顶圆弧段g’h’啮合，第二点啮合外摆线段ef与型线g’啮合，第二渐开线段fg与第二渐开线段f’g’啮合，型线g点与第二点啮合外摆线段e’f’啮合，第二齿顶圆弧段gh与第一齿根圆弧段d’e’相啮合，型线h点与第一点啮合外摆线段c’d’相啮合，第三渐开线段hi与第一渐开线段b’c’啮合，第三点啮合外摆线段ij与型线b’点啮合，第二齿根圆弧段jk与第一齿顶圆弧段a’b’啮合，第四点啮合外摆线段ka与型线a’啮合。

2.根据权利要求1所述的严格密封型双齿双螺杆真空泵转子型线，其特征在于，所述的第一渐开线段bc、第二渐开线段fg、第三渐开线段hi以及第一渐开线段b’c’、第二渐开线段f’g’、第三渐开线段h’i’在极坐标系下的参数方程为：

<mrow> <mfenced open = "{" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <mi>&amp;rho;</mi> <mo>=</mo> <mfrac> <mi>r</mi> <mrow> <mi>c</mi> <mi>o</mi> <mi>s</mi> <mi>&amp;alpha;</mi> </mrow> </mfrac> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mi>&amp;theta;</mi> <mo>=</mo> <mi>tan</mi> <mi>&amp;alpha;</mi> <mo>-</mo> <mi>&amp;alpha;</mi> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>,</mo> <mi>&amp;rho;</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>&amp;alpha;</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&amp;Element;</mo> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>&amp;rho;</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>,</mo> <msub> <mi>&amp;rho;</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>;</mo> </mrow>

其中，r为几何参数，满足r<r_节圆，各渐开线段参数取为ρ₁＝ρ_交点，ρ₂＝r_齿顶圆；

其中按如下方式取得：

其中

3.根据权利要求1所述的严格密封型双齿双螺杆真空泵转子型线，其特征在于，所述的第一点啮合外摆线段cd、第二点啮合外摆线段ef、第三点啮合外摆线段ij、第四点啮合外摆线段ka以及第一点啮合外摆线段c’d’、第二点啮合外摆线段e’f’、第三点啮合外摆线段i’j’、第四点啮合外摆线段k’a’在直角坐标系下的参数方程为：

第四点啮合外摆线段ka与第四点啮合外摆线段k’a’参数取ρ(θ)∈(r_齿根圆，r_齿顶圆)；

其余点啮合外摆线段的参数取ρ(θ)∈(r_齿根圆，ρ_交点)；

其中按如下方式取得：

其中

4.根据权利要求1所述的严格密封型双齿双螺杆真空泵转子型线，其特征在于：由第一齿顶圆弧段ab、第一渐开线段bc、第一点啮合外摆线段cd组成的线段bd，与由第二点啮合外摆线段ef、第二渐开线段fg组成的线段eg，以及由第三渐开线段hi、第三点啮合外摆线段ij组成的线段hj为相同的线段；由第一齿顶圆弧段a’b’、第一渐开线段b’c’、第一点啮合外摆线段c’d’组成的线段b’d’，与由第二点啮合外摆线段e’f’、第二渐开线段f’g’组成的线段e’g’，以及由第三渐开线段h’i’、第三点啮合外摆线段i’j’组成的线段h’j’为相同的线段。

5.根据权利要求1所述的严格密封型双齿双螺杆真空泵转子型线，其特征在于：所述第一齿顶圆弧段ab与第二齿根圆弧段jk所对应的转角相等，第一齿顶圆弧段a’b’与第二齿根圆弧段j’k’所对应的转角相等。

6.根据权利要求1或5所述的严格密封型双齿双螺杆真空泵转子型线，其特征在于：所述第二齿顶圆弧段gh与第一齿根圆弧段de所对应的转角相等，第二齿顶圆弧段g’h’与第一齿根圆弧段d’e’所对应的转角相等。

7.根据权利要求1所述的严格密封型双齿双螺杆真空泵转子型线，其特征在于：所述两个转子的齿顶圆与齿根圆半径根据极限真空度与抽气速率进行优选。

8.根据权利要求1所述的严格密封型双齿双螺杆真空泵转子型线，其特征在于：所述的齿顶圆与齿根圆的圆弧转角式中的θ_非圆曲线为曲线转角总和。