CN110285056B - 一种复合轮齿压缩机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复合轮齿压缩机，该压缩机由左凹转子(1)、右凸转子(2)、壳体(3)、前端盖(4)和后端盖(5)组成；左凹转子(1)包括第一齿槽(101)、第二齿槽(102)、第三齿槽(103)和左传动齿(104)，右凸转子(2)包括第一凸齿(201)、第二凸齿(202)、第三凸齿(203)和右传动齿(204)；第一齿槽(101)和第一凸齿(201)由4段曲线组成：2段圆弧、1段摆线和1段圆弧包络线。所提出的一种复合轮齿压缩机在工作中形成多个工作腔以实现吸气、等容输送、压缩和排气过程，各个工作腔之间密封性好，无泄漏，排气结束后形成的余隙容积小，容积效率高，同时提高了转子的啮合性能和力学性能。
Description
技术领域
本发明属于压缩机工程技术领域，特别涉及一种复合轮齿压缩机。
背景技术
复合轮齿压缩机是一种新型的容积式压缩机，主要由左凹转子(1)、右凸转子(2)、壳体(3)、前端盖(4)和后端盖(5)组成，壳体上开设有吸气口(301)，后端盖上开设有排气口(501)，一对相互啮合的左凹转子(1)和右凸转子(2)右转子安放在由壳体(3)、前端盖(4)和后端盖(5)构成的腔体中，其中左凹转子(1)由多个均布的齿槽和左传动齿(104)组成，右凸转子(2)由多个均布的凸齿和右传动齿(204)组成；其工作原理是：右凸转子(2)通过传动齿带动左凹转子(1)做同步异向双回转运动，通过左凹转子(1)、右凸转子(2)、壳体(3)、前端盖(4)和后端盖(5)形成的密闭工作腔容积的周期性变化，进而实现吸气、等容输送、压缩和排气的全过程；复合轮齿压缩机具有结构简单、零部件少、体积小和内容积比大的特点，应用于制冷空调和内燃机行业。
复合轮齿压缩机相互啮合的转子对其工作性能影响极大，现有的复合轮齿压缩机转子存在以下问题：齿槽和凸齿的端面型线由摆线和渐开线组成，存在多个不光滑点和尖点，导致在不光滑点处易发生磨损、变形以及应力集中，同时吸气腔、等容封闭腔、压缩腔和排气腔之间存在泄漏，且排气结束后形成的余隙容积大，降低了压缩机的效率；中国专利(沈锦丰,刘荣福,王军,刘基成.复合轮齿式气体压缩机[P].四川：CN1191940,1998-09-02.)采用不对称型线对转子的啮合型线进行了设计，但是该转子齿槽上存在2个不光滑点，凸齿上存在3个不光滑点，在不光滑点处易发生磨损，减少了转子寿命，排气结束后形成的余隙容积大，且各个工作腔之间存在泄漏。
发明内容
针对以上尖点数量多，余隙容积大的问题，本发明提出一种复合轮齿压缩机，构建出能够实现完全啮合的左凹转子和右凸转子，并给出左凹转子上的第一齿槽和右凸转子上的第一凸齿端面型线方程；本发明采用1段摆线、1段圆弧包络线和2段圆弧构建第一齿槽和第一凸齿的端面型线，实现了圆弧与圆弧包络线的啮合，提高了转子的密封性能、啮合性能和力学性能；有效减小了气体向低压腔的泄漏；提出的一种复合轮齿压缩机在排气结束后形成的余隙容积小，容积效率高；而且所提出的复合轮齿压缩机转子型线简单，对于丰富复合轮齿压缩机型线类型和促进复合轮齿压缩机的发展都具有重要的意义。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种复合轮齿压缩机包括：左凹转子、右凸转子、壳体、前端盖和后端盖，壳体上开设有吸气口，后端盖上开设有排气口；左凹转子包括：第一齿槽、第二齿槽、第三齿槽和左传动齿，右凸转子包括：第一凸齿、第二凸齿、第三凸齿和右传动齿；在同步异向双回转运动的工作过程中，左凹转子上的第一齿槽、第二齿槽、第三齿槽和左传动齿，分别与右凸转子上的第一凸齿、第二凸齿、第三凸齿和右传动齿相啮合；由此形成了吸气腔、等容封闭腔、压缩腔和排气腔，分别用于气体的吸气、等容输送、压缩和排气过程；在工作过程中，所述的吸气腔的容积逐渐增大且始终与吸气口相连通，所述的等容封闭腔的容积不变且封闭，所述的压缩腔的容积封闭且逐渐减小，所述的排气腔的容积逐渐减小且始终与排气口相连通；
所述的第一齿槽的端面型线由4段曲线组成，依次为：左第一圆弧AB、左第一圆弧包络线BC、左齿底圆弧CD和左第一摆线DE；第一齿槽的端面型线以回转中心O1为中心分别顺时针旋转120°和240°分别与第二齿槽和第三齿槽的端面型线相重合；
所述的第一凸齿的端面型线由4段曲线组成，依次为：右第一圆弧包络线ab、右第一圆弧bc、右齿顶圆弧cd和右第一摆线de；第一凸齿的端面型线以回转中心O2为中心分别顺时针旋转120°和240°分别与第二凸齿和第三凸齿的端面型线相重合；
在同步异向双回转运动的工作过程中，左凹转子上的第一齿槽的端面型线与右凸转子上的第一凸齿的端面型线能够实现正确的啮合；啮合关系为：第一齿槽上的左第一圆弧AB、左第一圆弧包络线BC、左齿底圆弧CD、左第一摆线DE和左第一点E，分别与第一凸齿上的右第一圆弧包络线ab、右第一圆弧bc、右齿顶圆弧cd、右第一点d和右第一摆线de实现正确的啮合。
所述的一种复合轮齿压缩机，以左凹转子的回转中心O1为原点建立坐标系，所述的左凹转子上的第一齿槽上的左第一圆弧AB的方程为：
式中：XAB、YAB为左第一圆弧AB的圆心点坐标；t为角度参数；
所述的左凹转子上的第一齿槽上的左第一圆弧包络线BC的方程为：
所述的左凹转子上的第一齿槽上的左齿底圆弧CD的方程为：
所述的左凹转子上的第一齿槽上的左第一摆线DE的方程为：
式中：MDE为左第一旋转变换矩阵，左第一初始摆线的方程为
以上式中：R1为右齿顶圆半径；R2为节圆半径；r为左第一圆弧AB的半径和右第一圆弧bc的半径；α为左齿底圆弧的圆心角。
所述的一种复合轮齿压缩机，以右凸转子的回转中心O2为原点建立坐标系，所述的右凸转子上的第一凸齿上的右第一圆弧包络线ab的方程为：
式中：Mab为右第一旋转变换矩阵，右第一初始圆弧包络线的方程为γ为第一角度，
所述的右凸转子上的第一凸齿上的右第一圆弧bc的方程为：
式中：Xbc、Xbc为右第一圆弧bc的圆心点坐标；
所述的右凸转子上的第一凸齿上的右齿顶圆弧cd的方程为：
所述的右凸转子上的第一凸齿上的右第一摆线de的方程为：
式中：Mde为右第二旋转变换矩阵，右第一初始摆线的方程为β为第二角度，其中(x1，y1)是下面两段曲线的交点坐标：
以上式中：R1为右齿顶圆半径；R2为节圆半径；R4为传动齿的齿顶圆半径；r为左第一圆弧AB的半径和右第一圆弧bc的半径；α为左齿底圆弧的圆心角。
本发明的有益效果为：
①所提出的一种复合轮齿压缩机在工作中形成吸气腔、等容封闭腔、压缩腔和排气腔以实现吸气、等容输送、压缩和排气过程，各个工作腔之间密封性好，无泄漏。
②所提出的一种复合轮齿压缩机在排气结束后形成的余隙容积小，容积效率高。
③所提出的一种复合轮齿压缩机转子齿槽和凸齿上的不光滑点和尖点的数量少，提高了齿槽和凸齿啮合的啮合性能和密封性能，提高了齿槽和凸齿的强度，能够适应更高的压力和温度范围。
附图说明
图1是一种复合轮齿压缩机的主要组成零件图。
图2是左凹转子(1)的端面型线图。
图3是右凸转子(2)的端面型线图。
图4是左凹转子(1)和右凸转子(2)的端面型线之间的啮合图。
图5是一种复合轮齿压缩机的压缩过程结束时刻图。
图6是一种复合轮齿压缩机的排气过程图。
图7是一种复合轮齿压缩机的排气结束时刻图。
图中：1—左凹转子(1)；2—右凸转子(2)；3—壳体；4—前端盖；5—后端盖；101—第一齿槽(101)；102—第二齿槽(102)；103—第三齿槽(103)；104—左传动齿(104)；201—第一凸齿(201)；202—第二凸齿(202)；203—第三凸齿(203)；204—右传动齿(204)；301—吸气口；501—排气口；R1—右齿顶圆半径；R2—节圆半径；R3—左齿底圆弧CD半径；R4—传动齿的齿顶圆半径；α—左齿底圆弧的圆心角；β—第一角度；γ—第二角度。
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，为一种复合轮齿压缩机的主要组成零件图，包括：左凹转子1、右凸转子2、壳体3、前端盖4和后端盖5，壳体3上开设有吸气口301，后端盖5上开设有排气口501，在工作过程中能够形成吸气腔、等容封闭腔、压缩腔和排气腔，分别用于气体的吸气、等容输送、压缩和排气过程；所述的吸气腔的容积逐渐增大且始终与吸气口301相连通，所述的等容封闭腔的容积不变且封闭，所述的压缩腔的容积封闭且逐渐减小，所述的排气腔的容积逐渐减小且始终与排气口501相连通。
如图2所示，为左凹转子1的端面型线图，由第一齿槽101、第二齿槽102、第三齿槽103和左传动齿104组成；第一齿槽101的端面型线由4段曲线和1个点组成，依次为：左第一圆弧AB、左第一圆弧包络线BC、左齿底圆弧CD、左第一摆线DE和左第一点E；第一齿槽101的端面型线以回转中心O1为中心周向均布得到第二齿槽102和第三齿槽103的端面型线；以左凹转子1的回转中心O1为原点建立坐标系，所述的左凹转子1上的第一齿槽101上的左第一圆弧AB的方程为：
式中：XAB、YAB为左第一圆弧AB的圆心坐标；t为角度参数；
所述的左凹转子1上的第一齿槽101上的左第一圆弧包络线BC的方程为：
所述的左凹转子1上的第一齿槽101上的左齿底圆弧CD的方程为：
所述的左凹转子1上的第一齿槽101上的左第一摆线DE的方程为：
式中：MDE为左第一旋转变换矩阵，左第一初始摆线的方程为
以上式中：R1为右齿顶圆半径；R2为节圆半径；r为左第一圆弧AB的半径和右第一圆弧bc的半径；α为左齿底圆弧的圆心角。
如图3所示，为右凸转子2的端面型线图，由第一凸齿201、第二凸齿202、第三凸齿203和右传动齿204组成；第一凸齿201的端面型线由4段曲线和1个点组成，依次为：右第一圆弧包络线ab、右第一圆弧bc、右齿顶圆弧cd、右第一点d和右第一摆线de；第一凸齿201的端面型线以回转中心O2为中心周向均布得到第二凸齿202和第三凸齿203的端面型线；以右凸转子2的回转中心O2为原点建立坐标系，所述的右凸转子2上的第一凸齿201上的右第一圆弧包络线ab的方程为：
式中：Mab为右第一旋转变换矩阵，右第一初始圆弧包络线的方程为γ为第一角度，
所述的右凸转子2上的第一凸齿201上的右第一圆弧bc的方程为：
式中：Xbc、Xbc为右第一圆弧bc的圆心坐标；
所述的右凸转子2上的第一凸齿201上的右齿顶圆弧cd的方程为：
所述的右凸转子2上的第一凸齿201上的右第一摆线de的方程为：
式中：Mde为右第二旋转变换矩阵，右第一初始摆线的方程为β为第二角度，其中(x1，y1)是下面两段曲线的交点坐标：
以上式中：R1为右齿顶圆半径；R2为节圆半径；R4为传动齿的齿顶圆半径；r为左第一圆弧AB的半径和右第一圆弧bc的半径；α为左齿底圆弧的圆心角。
如图4所示，为左凹转子1和右凸转子2的端面型线之间的啮合图，在同步异向双回转运动的工作过程中，左凹转子1上的第一齿槽101的端面型线与右凸转子2上的第一凸齿201的端面型线能够实现正确的啮合；啮合关系为：第一齿槽101上的左第一圆弧AB、左第一圆弧包络线BC、左齿底圆弧CD、左第一摆线DE和左第一点E，分别与第一凸齿201上的右第一圆弧包络线ab、右第一圆弧bc、右齿顶圆弧cd、右第一点d和右第一摆线de实现正确的啮合。
如图5所示，为一种复合轮齿压缩机的压缩过程结束时刻图，此时排气口501即将开启，压缩过程结束，工作腔容积变为最小，压力最大，压缩过程气体不会从压缩腔泄漏到等容输送腔和吸气腔，所提出的一种复合轮齿压缩机能够形成封闭容积的减小过程，且内容积比大。
如图6所示，为一种复合轮齿压缩机的排气过程图，排气过程的任意时刻齿槽和凸齿都处于完全啮合状态，保证了齿槽和凸齿在脱离气缸交线出后，高压气体不会泄漏到吸气腔和压缩腔中，提高了密封性能，增大了容积效率；排气过程中排气口打开面积大，排气速度小，排气过程压力损失小，使得耗功相应减小。
如图7所示，为一种复合轮齿压缩机的排气结束时刻图，图中所示的阴影部分为所提出的一种复合轮齿压缩机的余隙容积，在排气过程结束后，形成的余隙容积小，容积效率高。
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 (3)
1.一种复合轮齿压缩机，包括：左凹转子(1)、右凸转子(2)、壳体(3)、前端盖(4)和后端盖(5)，其特征是：壳体(3)上开设有吸气口(301)，后端盖(5)上开设有排气口(501)；左凹转子(1)包括：第一齿槽(101)、第二齿槽(102)、第三齿槽(103)和左传动齿(104)，右凸转子(2)包括：第一凸齿(201)、第二凸齿(202)、第三凸齿(203)和右传动齿(204)；在同步异向双回转运动的工作过程中，左凹转子(1)上的第一齿槽(101)、第二齿槽(102)、第三齿槽(103)和左传动齿(104)，分别与右凸转子(2)上的第一凸齿(201)、第二凸齿(202)、第三凸齿(203)和右传动齿(204)相啮合；由此形成了吸气腔、等容封闭腔、压缩腔和排气腔，分别用于气体的吸气、等容输送、压缩和排气过程；在工作过程中，所述的吸气腔的容积逐渐增大且始终与吸气口(301)相连通，所述的等容封闭腔的容积不变且封闭，所述的压缩腔的容积封闭且逐渐减小，所述的排气腔的容积逐渐减小且始终与排气口(501)相连通；
所述的第一齿槽(101)的端面型线由4段曲线组成，依次为：左第一圆弧AB、左第一圆弧包络线BC、左齿底圆弧CD和左第一摆线DE；第一齿槽(101)的端面型线以回转中心O1为中心分别顺时针旋转120°和240°分别与第二齿槽(102)和第三齿槽(103)的端面型线相重合；
所述的第一凸齿(201)的端面型线由4段曲线组成，依次为：右第一圆弧包络线ab、右第一圆弧bc、右齿顶圆弧cd和右第一摆线de；第一凸齿(201)的端面型线以回转中心O2为中心分别顺时针旋转120°和240°分别与第二凸齿(202)和第三凸齿(203)的端面型线相重合；
在同步异向双回转运动的工作过程中，左凹转子(1)上的第一齿槽(101)的端面型线与右凸转子(2)上的第一凸齿(201)的端面型线能够实现正确的啮合；啮合关系为：第一齿槽(101)上的左第一圆弧AB、左第一圆弧包络线BC、左齿底圆弧CD、左第一摆线DE和左第一点E，分别与第一凸齿(201)上的右第一圆弧包络线ab、右第一圆弧bc、右齿顶圆弧cd、右第一点d和右第一摆线de实现正确的啮合。
2.如权利要求1所述的一种复合轮齿压缩机，其特征是：以左凹转子(1)的回转中心O1为原点建立坐标系，所述的左凹转子(1)上的第一齿槽(101)上的左第一圆弧AB的方程为：
式中：XAB、YAB为左第一圆弧AB的圆心点坐标；t为角度参数；
所述的左凹转子(1)上的第一齿槽(101)上的左第一圆弧包络线BC的方程为：
所述的左凹转子(1)上的第一齿槽(101)上的左齿底圆弧CD的方程为：
所述的左凹转子(1)上的第一齿槽(101)上的左第一摆线DE的方程为：
式中：MDE为左第一旋转变换矩阵，左第一初始摆线的方程为
以上式中：R1为右齿顶圆半径；R2为节圆半径；r为左第一圆弧AB的半径和右第一圆弧bc的半径；α为左齿底圆弧的圆心角。
3.如权利要求1所述的一种复合轮齿压缩机，其特征是：以右凸转子(2)的回转中心O2为原点建立坐标系，所述的右凸转子(2)上的第一凸齿(201)上的右第一圆弧包络线ab的方程为：
式中：Mab为右第一旋转变换矩阵，右第一初始圆弧包络线的方程为γ为第一角度，
所述的右凸转子(2)上的第一凸齿(201)上的右第一圆弧bc的方程为：
式中：Xbc、Xbc为右第一圆弧bc的圆心点坐标；
所述的右凸转子(2)上的第一凸齿(201)上的右齿顶圆弧cd的方程为：
所述的右凸转子(2)上的第一凸齿(201)上的右第一摆线de的方程为：
式中：Mde为右第二旋转变换矩阵，右第一初始摆线的方程为β为第二角度，其中(x1，y1)是下面两段曲线的交点坐标：
以上式中：R1为右齿顶圆半径；R2为节圆半径；R4为传动齿的齿顶圆半径；r为左第一圆弧AB的半径和右第一圆弧bc的半径；α为左齿底圆弧的圆心角。
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