CN1100780A - 罗茨泵转子 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机械泵的转子，特别是节圆内曲 线为圆或直线、节圆外曲线为共轭曲线的转子型线的 罗茨泵转子。这种型线的转子，其制造方法简单、加 工精度高，因而可获得高转速，使流体得到大的抽排 量。

Description

本发明涉及一种机械泵的转子，特别是节圆内曲线为圆或直线、节圆外曲线为共轭曲线的转子型线的罗茨泵转子。

在已掌握的现有可比技术中：

1.《机械工程手册》第77篇泵、真空泵第77-124页中2·3机械增压泵（罗茨真空泵），转子型线种类很多，如圆弧型、渐开线型、摆线型等。目前转子型线多用渐开线。其型线设计类似罗茨鼓风机。

2.《机械产品目录》第7册阀门、风机第593页（四）罗茨鼓风机和叶氏鼓风机，罗茨鼓风机，其转子断面几何形状为渐开线的∞型。

3.《真空科学与技术学报》第十一卷第四期第228页《一种新的系列化罗茨泵转子型线》（1990年12月28日收到），转子型线以节圆为界、节圆外的称峰型曲线，节圆内的称谷型曲线。如整个型线是一条光滑的曲线，则这两部份型线互为共轭曲线。文中提出系列化的椭圆包络线型型线，其峰型曲线为椭圆曲线，谷型曲线即为其包络线。文中提及椭圆长短轴之比为1时，即成为圆包络线型型线，为国外普遍采用的线型。而摆线型型线必须保证D/C＝1.5，D是转子长度，C是节圆直径，C值等于两转子中心距值。

4.《机械工程手册》第77篇第8章液环泵，液环泵的缺点是效率较低，一般为30-50%，最高至55%。工作介质为液体，其水力效率在0.50-0.70之间。

从上述介绍的几种转子型线可见，除圆包络线型转子外，其余渐开线型、摆线线型及椭圆包络线型转子，不论是峰型线，还是谷型线，加工制造均困难，因为不能采用轨迹法或范成法切削加工;而圆包络线型转子，其加工工艺比其余几种容易得多，显示出工艺性好，设计容易的特点，该线型转子谷型线可以采用范成法加工，峰型线可以用轨迹法加工，但是，用轨迹法加工峰型圆弧线时，必须十分小心“过切”，在两段不同曲线的交点处，不是切削不到位，就是切削过量，发生过切，因为实际刀具不是以点作切削刃的。

本发明的目的在于提出以圆弧或直线作为转子的谷型曲线，以峰型曲线为其共轭曲线的罗茨泵转子型线，这种型线的转子、其制造方法简单、加工精度高，因而可获得高转速，使流体得到大的抽排量。

本发明的目的是通过以下技术措施来实现的：

该转子型线以圆线作为谷型曲线，以峰型曲线为其共轭曲线;该共轭曲线满足如下方程：

该转子型线以直线作为谷型曲线，以峰型曲线作为其共轭曲线;该共轭曲线满足如下方程：

x＝x_θ-1/2x′_θsin2θcos2θ-1/2y′_θsin²2θ;

y＝y_θ+1/2y′_θsin2θcos2θ+1/2x′_θcos²2θ。

本发明的优点与效果是：

1.系列化转子型线的设计比较容易

根据峰型曲线的参量方程可以作出峰型曲线。或由作图法均可得出峰型曲线。

当两转子中心距确定之后，转子的整个型线只取决于零件的强度要求及结构要求。

2.用本技术设计的转子，其制造工艺原理正确，工艺方法简单。

其谷型线用轨迹法加工。当为圆弧时，可以车削或镗削，高要求时还可以磨削;其峰型曲线可以用和谷型线圆弧一致的刀具范成切削。谷型曲线和峰型曲线在加工过程中互不干涉。当谷型线为直线时，加工更为容易，可以刨削或磨削，其峰型曲线可以范成切削或磨削。

3.由于制造容易，容易获得高精度转子，并在装配后获得高转速，因而容易获得大的抽速或大的排量。

附图说明如下：

图1为转子谷型线为圆弧线的曲线族方程图;

图2为转子谷型线为直线的直线族方程图;

图3为转子谷型线为圆弧线的工作状态图;

图4为转子谷型线为直线的工作状态图。

下面将结合附图所示实施例，对本发明做进一步公式推导及理论说明。

1.以圆弧作为谷型曲线

图1中两转子A和B分别以O、O′为圆心在相等直径的节圆上作相对纯滚动，若转子A的峰型曲线和转子B的谷型线总是保持相切状态，则转子A的峰型曲线和转子B的谷型线互为共轭曲线，两转子形状大小完全相同。

当转子A的节圆圆心O和坐标系原点重合，转子B的节圆圆心O′在x轴上时，两转子中心距OO′＝L，两节圆直径C＝L，节圆半径R＝L/2。谷型线为圆时，转子B谷型线的圆心在x轴上取为g，h点为转子B谷型线与峰型曲线的一点交点，gh即为谷型线的一条半径，令gh＝r，又令m＝go′，则 $m={\mathrm{go}}^{\′}=\sqrt{r^2-\sqrt{2}/2R^2}+\sqrt{2}/2R$ ，L、C、R、r、m均为常数。

当将xoy坐标系固定于转子A上时，则两转子中心连线OO′成为系杆，OO′绕O旋转，转子B则随OO′绕O作公转，以自身节圆中心O′作自转。当系杆OO′转动θ角度时，转子B中心旋转到O′_θ，转子B自身相对于系杆OO′转动角度仍为θ，相对于xoy坐标则转动角度为2θ，此时转子B谷型线圆心位置为g_θ（x_θ、y_θ），根据图1，可得：

x_θ＝Lcosθ-mcos2θ

y_θ＝Lsinθ-msin2θ

以g_θ（x_θ，y_θ）为圆心，r为半径的圆为

（x-x_θ）²+（y-y_θ）²＝r²，当g_θ（x_θ，y_θ）随θ变化时，该方程表示一圆族。

求出该圆族的共轭曲线（包络线），即为转子A的峰型曲线。该共轭曲线（包络线）的参量方程为：

其中x′_θ＝-Lsinθ+2msin2θ

y′_θ＝Lcosθ-2mcos2θ

当θ取值范围为（0，π/4）时，得峰型包络线在x轴上方的部分，该包络线以x轴为对称。

2.以直线线段作为谷型线

当图1中谷型曲线的半径无限增大时，该曲线成为垂直于x轴的直线，成为图2，谷型直线在x轴上方部为hH段，此时HO′＝ $\sqrt{2/2R}$ ，令为m，则m＝ $\sqrt{2/2R}$ 。

当转子B仍以直径为C的节圆绕转子A的节圆作纯滚动时，转子B的谷型直线的包络线就是转子A的峰型线。当系杆转动θ角度时，转子B节圆中心旋转到O′_θ位置，谷型直线hH旋转到h_θH_θ位置，H_θ坐标为（x_θ、y_θ），由图2得

x_θ＝Lcosθ-mcos2θ

y_θ＝Lsinθ-msin2θ

直线h_θH_θ的方程为

y-y_θ＝-（x-x_θ）ctg2θ，当θ值变化时，该方程表示一直线族。

求出该直线族的共轭曲线（包络线），即为转子A的峰型曲线。该共轭曲线（包络线）的参量方程为：

x＝x_θ-1/2x′_θsin2θcos2θ-1/2y′_θsin²2θ;

y＝y_θ+1/2y′_θsin2θcos2θ+1/2x′_θcos²2θ。

其中x′_θ＝-Lsinθ+2msin2θ

y′_θ＝Lcosθ-2mcos2θ

当θ取值范围为（0，π/4）时，得峰型包络线在x轴上方的部分，该包络线以x轴为对称。

本罗茨泵转子可应用于罗茨液压泵，罗茨真空泵和罗茨鼓风机，用来对流体进行输送、或获得真空、或获得高压。

目前罗茨泵转子全部应用于罗茨真空泵和罗茨鼓风机。罗茨真空泵主要用于较高真空度时的低压差条件下工作。少数型号用于高压差的直排大气的抽气工作，作为代替液化真空泵的节能设备使用。

本技术应用于罗茨真空泵中的直排大气泵因其不用液体工作介质，故无水力损失，可以得到较高的机械效率，可以在真空蒸发、干燥脱水、水泵引水方面代替液环真空泵，获得较高的社会效益。

本技术中的直线型转子，由于其强度、刚度、容积利用率等相对于所有回转式容积泵来说都具有不可比拟的优点。直线型转子应用于液压泵，将容易获得大的排量和高压，其机械效率也较高。

作为回转式容积泵，其水力损失小，机械效率将高于离心泵，在某些场合将能取代离心泵。

作为液压泵、真空泵、鼓风机，可视其工况条件确定其所用材料。

图3、4为真空泵、鼓风机转子的工作图。一对转子1置于机壳3内，当工作时，两转子1按节圆线2作相对纯滚动，这时的流体则按图中所示箭头方向被输送。

Claims (4)

1、罗茨泵转子，其特征在于该转子型线以圆线作为谷型曲线，以峰型曲线为其共轭曲线。

2、如权利要求1所述的罗茨泵转子，其特征在于该共轭曲线满足如下方程：

$x=x_{\mathrm{\θ}}-\frac{r\·y_{\mathrm{\θ}}^{\′}}{\sqrt{x_{\mathrm{\θ}}^{\′2}+y_{\mathrm{\θ}}^{\′2}}};$

$y=y_{\mathrm{\θ}}-\frac{r\·x_{\mathrm{\θ}}^{\′}}{\sqrt{x_{\mathrm{\θ}}^{\′2}+y_{\mathrm{\θ}}^{\′2}}}$

3、罗茨泵转子，其特征在于该转子型线以直线作为谷型曲线，以峰型曲线作为其共轭曲线。

4、如权利要求3所述的罗茨泵转子，其特征在于该共轭曲线满足如下方程：

x＝x_θ-1/2x′_θsin2θcos2θ-1/2y′_θsin²2θ;

y＝y_θ+1/2y′_θsin2θcos2θ+1/2x′_θcos²2θ。

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