CN108443145B - 一种双头螺旋螺杆及采用该螺杆的双螺杆泵和干式真空螺杆泵 - Google Patents

一种双头螺旋螺杆及采用该螺杆的双螺杆泵和干式真空螺杆泵 Download PDF

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Abstract

本发明的目的在于提供一种双头非对称齿形螺杆，以及采用该螺杆设计制造的双螺杆泵和干式真空螺杆泵。本发明的技术方案为：一种双头螺旋螺杆，双头螺杆的一个齿为非对称齿，另一个齿为对称齿，非对称齿的密封边螺旋面齿形型线为伸长外摆线，传力边齿形型线为阿包摆线，对称齿的密封边与传力边的齿侧螺旋面齿形型线均为阿包摆线。阿包摆线是由伸长外摆线、阿基米德包络线与阿基米德线组成。具有该齿形型线的螺杆用于双螺杆泵，既能达到严格密封，又能保证使螺杆转子具有为零(或近似为零)的动不平衡量，适合于高的运转速度，从而保证采用本发明制造的双螺杆泵，在高压力下具有高的容积效率的同时，又能保证双螺杆泵在高转速下平稳可靠地运转。

Description

一种双头螺旋螺杆及采用该螺杆的双螺杆泵和干式真空螺 杆泵
技术领域
本发明涉及一种用于双螺杆泵的螺杆，特别是一种应用于干式真空螺杆泵的核心零件螺杆的螺旋齿形型线设计技术。
背景技术
现有技术中，为了保证双螺杆泵在输送介质，特别是干式真空螺杆泵抽送气体介质时有较高的容积效率，泵的螺杆螺旋齿形型线采用严格密封型线(或近似严格密封型线)比采用非密封型线更有优势。
现有双螺杆泵及干式真空螺杆泵采用严格密封或近似严格密封的螺旋齿形型线的螺杆有着如下的特点及缺点：严格密封的单头非对称齿形型线螺杆，其密封边ae为伸长外摆线，传力边bc为由阿基米德线jc及其包络线dj与伸长外摆线bd组合而成，简称阿包摆线bc(如图1)。这种齿形的螺杆密封性能好，泵的容积效率高，但由于螺杆转子螺旋部分的有效长度大多数为导程的非整数倍值，因而螺杆的静不平衡量与偶不平衡量都很大，即使是整数倍时螺杆的静不平衡量为零，但偶不平衡量仍然很大。所以这种型线的螺杆动不平衡量不可能为零，螺杆转子运转时振动较大，影响泵轴承的寿命，因而需要采用去重法来进行螺杆转子的动平衡，加工工作量大。而且由于在螺杆外圆柱面上打孔去重，造成外圆柱面上有孔洞，从而限制了泵在特殊介质工况下的使用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，而提供一种具有新型的螺杆螺旋齿形型线，严格密封(或近似严格密封)的带有阿包摆线传力边的双头非对称齿形螺杆，以及采用该螺杆设计制造的双螺杆泵和干式真空螺杆泵。
本发明的技术方案为：一种双头螺旋螺杆，所述双头螺杆的一个齿为非对称齿，另一个齿为对称齿，所述非对称齿的密封边螺旋面齿形型线为伸长外摆线，传力边齿形型线为阿包摆线，所述对称齿的密封边与传力边的齿侧螺旋面齿形型线均为阿包摆线，所述非对称齿的平面重心点与对称齿的平面重心点在同一直径上，且距螺杆中心点的距离相同。
进一步，所述阿包摆线是由伸长外摆线、阿基米德包络线与阿基米德线组成。
进一步，所述非对称齿的密封边螺旋面齿形型线进行了耐磨修正。
再进一步，所述耐磨修证为齿顶段摆线倒角修正。
一种双螺杆泵，包括主动螺杆和从动螺杆，所述主动螺杆和从动螺杆的螺旋旋向相反，主动螺杆和从动螺杆的齿形相同，均为上述的双头螺旋螺杆。
一种干式真空螺杆泵，包括主动螺杆和从动螺杆，其特征在于：所述主动螺杆和从动螺杆的螺旋旋向相反，主动螺杆和从动螺杆的齿形相同，均为上述的双头螺旋螺杆。
本发明的有益效果在于：本发明螺杆采用双头螺旋，其中一个头的螺旋两侧齿形为非对称齿形：一侧(密封边)为伸长外摆线ae，另一侧(传力边)为阿包摆线bc；另一个头的螺旋两侧齿形b′c′、b″c″都采用阿包摆线(如图2)。具有该齿形型线的螺杆用于双螺杆泵，既能达到严格密封，又能保证使螺杆转子具有为零(或近似为零)的动不平衡量，适合于高的运转速度，从而保证采用本发明制造的双螺杆泵，在高压力下具有高的容积效率的同时，又能保证双螺杆泵在高转速下平稳可靠地运转。特别适合于大流量，高压液体双螺杆泵采用，以及高速运转的干式真空螺杆泵采用。
附图说明
图1为目前的严格密封带有阿包摆线传力边齿形的单头螺旋螺杆的主从螺杆的齿形型线图。
图2为本发明的严格密封带有阿包摆线传力边齿形的双头非对称螺旋螺杆的齿形型线图。
图3为本发明的严格密封带有阿包摆线传力边齿形的双头非对称螺旋螺杆的主、从螺杆齿形型线啮合图。
图4为本发明的严格密封带有阿包摆线传力边齿形的双头非对称螺旋螺杆的主、从螺杆A1槽中密封线在横截面上的投影图。
图5为本发明的严格密封带有阿包摆线传力边齿形的双头非对称螺旋螺杆的主、从螺杆A′1槽中密封线在横截面上的投影图。
图6为本发明的严格密封带有阿包摆线传力边齿形的双头非对称螺旋螺杆的主、从螺杆A2槽中密封线在横截面上的投影图。
图7为本发明的严格密封带有阿包摆线传力边齿形的双头非对称螺旋螺杆的主、从螺杆A′2槽中密封线在横截面上的投影图。
图8为本发明的主、从螺杆啮合时螺旋槽构成的密封腔图的正面图(主剖面前)。
图9为本发明的主、从螺杆啮合时螺旋槽构成的密封腔图的背面图(主剖面后)。
图10为本发明实施例2中伸长外摆线密封边齿顶段采用伸长摆线倒角修正后螺杆齿形型线图。
图11为本发明实施例2中伸长外摆线密封边齿顶段采用伸长摆线倒角修正后主、从螺杆齿形型线啮合图。
图12为本发明实施例2中伸长外摆线密封边齿顶段采用伸长摆线倒角修正后主、从螺杆A1槽中密封线在轴截面上的投影图。
图13为本发明实施例2中伸长外摆线密封边齿顶段采用伸长摆线倒角修正后主、从螺杆A′1槽中密封线在轴截面上的投影图。
图14为本发明实施例2中伸长外摆线密封边齿顶段采用伸长摆线倒角修正后主、从螺杆A2槽中密封线在轴截面上的投影图。
图15为本发明实施例2中伸长外摆线密封边齿顶段采用伸长摆线倒角修正后主、从螺杆A′2槽中密封线在轴截面上的投影图。
图16为本发明的螺杆齿形型线两个齿的重心位置图。
其中：1、伸长外摆线 2、阿基米德包络线 3、阿基米德线
4、阿包摆线 S1、主动螺杆 S2、从动螺杆
M1、非对称齿 M2、对称齿 H、高压端
L、低压端 A1、主动螺杆非对称槽 A′1、主动螺杆对称槽
A2、从动螺杆非对称槽 A′2、从动螺杆对称槽 I、S1的节圆
II、S2的节圆 Di、螺杆螺旋底径 De、螺杆螺旋外径
D、I和II的直径 O1、主动螺杆的中心 O2、从动螺杆的中心
O、螺杆中心点 α、非对称齿M1的齿顶角 β、对称齿M2的齿顶角
ef′、非对称齿M1倒角
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做出简要说明。
如图1所示，现有双螺杆泵及干式真空螺杆泵采用严格密封或近似严格密封的螺旋齿形型线的螺杆有着如下的特点及缺点：严格密封的单头非对称齿形型线螺杆，其密封边(ae段)为伸长外摆线1，传力边(bc段)为由阿基米德线3(jc段)及其阿基米德线包络线2(dj段)与伸长外摆线1(bd段)组合而成，简称阿包摆线4(bc段)。这种齿形的螺杆密封性能好，泵的容积效率高，但由于螺杆转子螺旋部分的有效长度大多数为导程的非整数倍值，因而螺杆的静不平衡量与偶不平衡量都很大，即使是整数倍时螺杆的静不平衡量为零，但偶不平衡量仍然很大。所以这种型线的螺杆动不平衡量不可能为零，螺杆转子运转时振动较大，影响泵轴承的寿命，因而需要采用去重法来进行螺杆转子的动平衡，加工工作量大。而且由于在螺杆外圆柱面上打孔去重，造成外圆柱面上有孔洞，从而限制了泵在特殊介质工况下的使用。
实施例1：
本实施例中提供一种用于双螺杆泵的严格密封且带有阿包摆线4传力边齿形的非对称双头螺旋的螺杆，包括主动螺杆S1与从动螺杆S2。该主、从螺杆的螺旋采用完全一样的齿形型线，本实施例的齿形型线如图2所示，且都为双头螺旋。
双头螺旋中的其中一个头的螺旋两侧的齿形采用的是非对称的两种不同的齿形曲线，一侧的传力边(bc段)采用阿包摆线4齿形曲线，另一侧的密封边(ae段)采用伸长外摆线1的齿形曲线；双头螺旋中的另一个头的螺旋两侧(传力边与密封边)的齿形b′c′、b″c″都采用阿包摆线4作为齿形曲线。
采用实施例齿形型线的主动螺杆S1与从动螺杆S2齿形型线啮合图如图3所示。(下述内容角标1代表主动螺杆S1上的齿形型线，角标2代表从动螺杆S2上的齿形型线)。a1e1c1b1b″1c″1c′1b′1a1与a2e2c2b2b″2c″2c′2b′2a2分别为主动螺杆S1、从动螺杆S2横截面上的齿形型线，其中e1c1与c″1c1及e2c2与c″2c2为齿顶圆上的圆弧曲线，a1b′1与b1b″1及a2b′2与b2b″2为齿底圆上的圆弧曲线，密封边a1e1、a2e2为伸长外摆线1，传力边曲线b1c1与b′1c′1及b2c2与b′2c′2为阿包摆线4，密封边b″1c″1、b″2c″2也采用阿包摆线4。
a1e1齿形曲线为当从动螺杆S2的节圆II沿主动螺杆S1的节圆I作纯滚动时从杆上的e2点的运动轨迹。
a2e2齿形曲线为主动螺杆S1的节圆I沿从动螺杆S2的节圆II工作纯滚动时主杆上的e1点的运动轨迹。
其余的所有边的齿形曲线(b1c1、b′1c′1、b″1c″1及b2c2、b′2c′2、b″2c″2)均为阿包摆线4。
b1c1阿包摆线4由bd伸长外摆线1，dj阿基米德包络线2与jc阿基米德线3组成。
b′1c′1阿包摆线4由b′1d′1伸长外摆线1，d′1j′1阿基米德包络线2与j′1c′1阿基米德线3组成。
b″1c″1阿包摆线4由b″1d″1伸长外摆线1，d″1j″1阿基米德包络线2与j″1c″1阿基米德线3组成。
b2c2阿包摆线4由b2d2伸长外摆线1，d2j2阿基米德包络线2与j2c2阿基米德线3组成。
b′2c′2阿包摆线4由b′2d′2伸长外摆线1，d′2j′2阿基米德包络线2与j′2c′2阿基米德线3组成。
b″2c″2阿包摆线4由b″2d″2伸长外摆线1，d″2j″2阿基米德包络线2与j″2c″2阿基米德线3组成。
如图4、5、6、7所示，无论是主动螺杆S1的A1、A′1槽还是从动螺杆S2的A2、A′2槽，它们两侧螺旋面上的密封线在齿根圆到齿顶圆的整个螺旋面的范围内是连续的，没有缺口处，且都通过主动螺杆S1、从动螺杆S2齿根圆的m1、m2两点，因而本发明的双头螺旋螺杆的密封腔从理论上讲是严格密封的。
实施例2：
在实施例1的基础上，其密封面型线在工程实际中通常都采用的伸长外摆线1齿顶倒角修正的设计，如图10所示，伸长外摆线1齿顶段采用ff′倒角，密封边齿形由伸长外摆线段1(af段)与伸长外摆线1(ff′段)两段构成。伸长外摆线1采用ff′倒角修正密封边齿形ae的主要目的是为了改善密封边的耐磨性能，造成密封边螺旋面在齿顶部位存在密封线的缺口。
如图11、12、13、14、15所示，无论是主动螺杆S1的A1、A′1槽还是从动螺杆S2的A2、A′2槽，它们两侧螺旋面上的密封线在齿根圆到齿顶圆的整个螺旋面的范围内是连续的，没有缺口处，且都通过主动螺杆S1、从动螺杆S2齿根圆的m1、m2两点，但密封边的密封线达不到“8”字孔的尖点n1与n2，因而采用密封边倒角的本发明的双头螺旋螺杆的密封腔从理论上讲是近似严格密封的。
综上，本发明所涉及的螺杆螺旋啮合的密封原理是：双头螺旋的四个型面中，三个为阿包摆线4构成的型面，另一个为伸长外摆线1(或为伸长摆线1齿顶段经过倒角修正)构成的型面。当螺杆螺旋段的长度大于两个导程，主动螺杆S1、从动螺杆S2上相互啮合的螺旋齿形齿槽与泵壳体“8”字孔的内表面就会形成一个完整(或近似完整)的密封腔室，从而隔断泵内的高低压腔，达到理论上严格(或近似严格)密封。
如图8、9、12、13、14、15所示。主动螺杆S1上A1、A′1两齿槽与从动螺杆S2上的A2、A′2两齿槽都满足严格密封的第一密封条件，在螺杆啮合时，每一个齿槽的高压腔段与低压腔段是被密封腔段完全隔断的。而且同时，在主剖面前方，A2只与A′1相通，A′1只与A′2相通，A′2只与A1相通；在主剖面后相通，A1只与A′2相通，A′2只与A1相通，A′1只与A2相通，这些组成啮合螺杆密封腔的主从螺杆的多个密封槽，只是内部相互联通，因而构成一个自成体系的完整的密封腔，完全满足严格密封的第二密封条件，所以说本发明满足了螺杆啮合时第一密封条件与第二密封条件，因而这种双头螺旋螺杆啮合形成的密封腔是为严格密封的密封腔，所以说本发明的双头螺旋螺杆啮合时也可以达到理论上的严格密封。
如图16所示，本发明所涉及的螺旋齿形的螺杆，其动不平衡为零(或近似为零)的设计原理是：螺旋齿形由非对称齿M1与对称齿M2两个齿组成。非对称齿M1的平面重心G′点与对称齿M2的平面重心的G″点在同一直径上，且距螺杆中心O点的距离——即G′、G″两点的半径R′与R″相同，那么整个螺杆齿形横截面的重心落在轴心O上，螺杆转子既达到动平衡。
按达到这一要求，采用此型线后在齿形参数设计上，可以通过以下两种方法达到上述要求：
1.通过选择合适的非对称齿M1的齿顶角α以及对称齿M2的齿顶角β，达到G′G″两点在同一直径上。
2.通过调整Di/De或通过倒角ef′的大小，可以保证G′G″两点的半径R′＝R″。
本发明的关键是：主动螺杆S1、从动螺杆S2的螺旋齿形采用完全一样的双头螺旋型线，这种双头螺旋的齿形由两个齿组成：其中一个为非对称齿M1，其两个齿侧螺旋面分别采用伸长外摆线1(或经过倒角的伸长外摆线1)作为密封边齿形，采用阿包摆线4作为传力边齿形；另一个为对称齿M2，其两个齿侧螺旋面(密封边与传力边)全部采用阿包摆线4。
以上对本发明的两个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (6)

1.一种双头螺旋螺杆，其特征在于：所述双头螺杆的一个齿为非对称齿，另一个齿为对称齿，所述非对称齿的密封边螺旋面齿形型线为伸长外摆线，传力边齿形型线为阿包摆线，所述对称齿的密封边与传力边的齿侧螺旋面齿形型线均为阿包摆线，所述非对称齿的平面重心点与对称齿的平面重心点在同一直径上，且距螺杆中心点的距离相同。
2.根据权利要求1所述的双头螺旋螺杆，其特征在于：所述阿包摆线是由伸长外摆线、阿基米德包络线与阿基米德线组成。
3.根据权利要求2所述的双头螺旋螺杆，其特征在于：所述非对称齿的密封边螺旋面齿形型线进行了耐磨修正。
4.根据权利要求3所述的双头螺旋螺杆，其特征在于：所述耐磨修证为齿顶段摆线倒角修正。
5.一种双螺杆泵，包括主动螺杆和从动螺杆，其特征在于：所述主动螺杆和从动螺杆的螺旋旋向相反，主动螺杆和从动螺杆的齿形相同，均为如权利要求1-4中任一所述的双头螺旋螺杆。
6.一种干式真空螺杆泵，包括主动螺杆和从动螺杆，其特征在于：所述主动螺杆和从动螺杆的螺旋旋向相反，主动螺杆和从动螺杆的齿形相同，均为如权利要求1-4中任一所述的双头螺旋螺杆。
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