CN110821828B - 一类罗茨泵用的双曲线转子 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一类罗茨泵用的双曲线转子，由2叶或3叶或4叶的一对双曲线转子副构成，其半叶理论轮廓均由节圆外侧的圆弧段12、过渡圆弧段23、过渡圆弧段34、双曲线段45，节圆内侧的曲线段56、曲线段67和圆弧段78，共首尾相连的7段轮廓段组成。本发明双曲线转子叶的重心明显偏向谷部，转子系统的动平衡性能好，且容积利用系数高、脉动质量好。本发明容积利用率高，综合性能好。

Description

一类罗茨泵用的双曲线转子

技术领域

本发明涉及一类罗茨泵用的双曲线转子，特别涉及到以高容积利用率为主的2叶或3叶或4叶的高性能双曲线转子。

背景技术

罗茨泵是一种回转式容积泵，具有原理简单、体积小、重量轻、成本低、密封性好、无污染等特点，广泛应用于介质输送、抽真空、鼓风等方面。罗茨泵一般采用非接触式凸转子，转子间的内泄漏(即共轭泄漏)比较明显。因此，在转子轮廓的构造方面，一方面要尽量采用最大的形状系数，另一方面要尽量降低径向的、轴向的、共轭的泄漏，从而实现泵的轻量化。其中，节圆半径是影响轴向泄漏主要因素，转子轮廓对其的影响不大，但对径向泄漏、共轭泄漏的影响却很大，而径向泄漏、共轭泄漏则主要由构成泄漏通道轮廓间的综合曲率半径所决定。

目前，转子常见轮廓为渐开线、摆线、圆弧。其中，渐开线属于全“凸-凸”共轭模式，如图1所示，虽然共轭泄漏最大，但优点是形状系数高。摆线属于全“凸-凹”共轭模式，虽然共轭泄漏最小，但缺点是形状系数低，多用于内啮合转子。圆弧属于“凸-凸”+“凸-凹”的混合共轭模式，虽然形状系数最高，共轭泄漏介于渐开线和摆线之间，但转子质心偏顶部，系统动平衡性能差。双曲线作为一种准“平-凸”的共轭轮廓，具有啮合平顺性好、减速比大等特点，广泛地应用于汽车后桥主减速器的齿轮传动中。至于其齿间所存在的大滑动系数的接触式缺点，对于非接触式的罗茨转子而言，也就无所谓缺点了。

发明内容

本发明针对背景技术中的内容，在基于容积利用率所要求的大形状系数、低内泄漏率两方面需求的基础上，提出一类双曲线转子，并带来其它方面的性能提高。

为实现上述目的，本发明技术解决方案如下：

一类罗茨泵用的双曲线转子，由2叶或3叶或4叶的一对双曲线转子副构成，其半叶理论轮廓均由节圆外侧的圆弧段12、过渡圆弧段23、过渡圆弧段34、双曲线段45，节圆内侧的曲线段56、曲线段67和圆弧段78，共首尾相连的7段轮廓段组成。

进一步地，所述圆弧段12的圆心为转子中心o，其半径由控制径向泄漏所给定的与泵壳内腔同心的圆心角σ和刚好避让对偶转子上轮廓点6的几何关系所唯一确定。

进一步地，构造所述过渡圆弧段23、过渡圆弧段34的目的在于转子副旋转时能完全避让对偶转子上轮廓点6，其圆心分别为o₂、o₁，由彼此半径相等、外切于点3处、过点2、与双曲线段45相切于点4、o₁为顶轴与节圆的交点所唯一确定。

进一步地，所述双曲线段45的起点法线4o₁过转子顶轴与节圆的交点o₁，终点5位于节圆上，其陡峭程度由起点法线4o₁与转子顶轴间的起始夹角α所唯一控制。

进一步地，所述曲线段56由对偶转子上的双曲线段45通过彼此间的共轭关系所唯一确定；曲线段67由对偶转子上轮廓点2通过彼此间的共轭关系所唯一确定；圆弧段78的圆心为转子中心o，大小由对偶转子上圆弧段12通过彼此间的共轭关系所唯一确定。

进一步地，起始夹角α控制着双曲线段45的陡峭程度，陡峭程度和圆心角σ决定着转子的形状系数，α越大，转子越陡峭，形状系数越大；σ越小，形状系数越大，其关键在于确定出大形状系数所对应的起始夹角α。

当α的取值超过某一极限值时，曲线段56在点6处将会出现所谓“角点”的轮廓干涉，故起始夹角α取该极限值。

再由给定的σ和确定的α，计算圆弧段12的半径，进而求出形状系数ε。

附图说明

图1为转子轮廓间的三种缝隙型式示意图。

图2为双曲线转子和对偶转子的轮廓示意图。

图3为3叶双曲线转子的半叶轮廓示意图。

图4为转子轮廓点2刚好避让对偶转子轮廓点6的示意图。

图5为曲线段56在点6处出现角点的轮廓干涉示意图。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

实施例罗茨泵用的2叶或3叶或4叶双曲线转子

本发明由2叶或3叶或4叶的一对双曲线转子副构成，分别称为转子与对偶转子，且彼此的轮廓完全相同，如图2所示。

本发明在于通过提供2叶或3叶或4叶双曲线转子的轮廓构造，从而实现泵的以高容积利用率为主的高综合性能。

本发明的2叶或3叶或4叶双曲线转子，其半叶理论轮廓均由节圆外侧的圆弧段12、过渡圆弧段23、过渡圆弧段34、双曲线段45，节圆内侧的曲线段56、曲线段67和圆弧段78，共首尾相连的7段轮廓段组成，如图3所示。

首先，基于双曲线段45与对偶转子上的曲线段56存在共轭的几何关系，由曲线段56不出现“角点”轮廓干涉(如图5所示)的极限关系，得N＝2时，双曲线段45为直线段，

式中，N为转子叶数，ρ为起点法线4o₁的长度。由此，根据双曲线的定义，构建出点4～点5之间的双曲线段45。

其次，在圆心角σ给定的前提下，由图4所示的转子轮廓点2刚好避让对偶转子轮廓点6间的极限几何关系，得ε(σ)—σ的变化规律，如表1所示。注：N＝2时，双曲线段45变成直线段，造成了表1中ε(N＝2)<ε(N＝3)的情况。

表1双曲线转子形状系数随圆心角的变化情况

由表1知，形状系数ε(N)对叶数N的敏感度低，利于转子的多叶采用以利于提高脉动质量；ε(σ)—σ具有较强的负线性相关，圆心角σ越大，形状系数越小。则，双曲线转子形状系数的拟合式为

经验算，误差不超过0.2％。

最后，由给定的σ和确定的ε，计算圆弧段12的半径并构建圆弧段12。由确定的圆弧段12和双曲线段45，依据半径相等、外切于点3处、过点2、与双曲线段45相切于点4、圆心为o₁的几何条件，构建过渡圆弧段23和过渡圆弧段34；再依据转子轮廓与对偶转子轮廓间的共轭几何关系，由对偶转子轮廓已经确定的双曲线段45、点2、圆弧段12，分别构建出转子轮廓上的曲线段56、曲线段67、圆弧段78。

以ε(N＝3、σ＝2°)＝1.4188的双曲线转子与常见的同形状系数圆弧转子、渐开线转子，做性能上的比较，如表2所示。

表2性能参数比较

表2中，质心系数为单叶质心到轮心的距离与节圆半径的比值，可由单叶的3D模型测出。由双曲线转子的质心系数、脉动系数最小，容积利用系数最大，得双曲线转子叶的重心明显偏向谷部，转子系统的动平衡性能好，且容积利用系数高、脉动质量好。

另外，圆弧段12与泵壳内圆弧面构成了同心等缝隙泄漏结构，从而降低了径向泄漏，平-凸共轭型式降低了转子间的内泄漏。

综上，本发明的双曲线转子泵的容积利用率高，综合性能好。

以上显示和描述了本发明的其中一个实施例，基对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (3)

1.一种罗茨泵用的双曲线转子，其特征在于：由2叶、3叶或4叶的一对双曲线转子副构成，分别为转子与对偶转子，其半叶轮廓均由节圆外侧的圆弧段一（12）、过渡圆弧段一（23）、过渡圆弧段二（34）、双曲线段（45），节圆内侧的曲线段一（56）、曲线段二（67）和圆弧段二（78），共首尾相连的7段轮廓段组成；所述圆弧段一（12）的圆心为转子中心o，其半径由控制径向泄漏所给定的与泵壳内腔同心的圆心角σ和刚好避让对偶转子上轮廓点（6）的几何关系所唯一确定；构造所述过渡圆弧段一（23）、过渡圆弧段二（34）的目的在于转子副旋转时能完全避让对偶转子上轮廓点（6），其圆心分别为o ₂、o ₁，由彼此半径相等、外切于点一（3）处、过转子轮廓点（2）、与双曲线段（45）相切于点二（4）、o ₁为顶轴与节圆的交点所唯一确定；所述双曲线段（45）的起点法线（4o ₁）过转子顶轴与节圆的交点o ₁，终点（5）位于节圆上，其陡峭程度由起点法线（4o ₁）与转子顶轴间的起始夹角α所唯一控制；所述曲线段一（56）由对偶转子上的双曲线段（45）通过彼此间的共轭关系所唯一确定；所述曲线段二（67）由对偶转子上轮廓点（6）通过彼此间的共轭关系所唯一确定；所述圆弧段二（78）的圆心为转子中心o，大小由对偶转子上圆弧段一（12）通过彼此间的共轭关系所唯一确定。

2.如权利要求1所述的一种罗茨泵用的双曲线转子，其特征在于：起始夹角α控制着双曲线段（45）的陡峭程度，陡峭程度和圆心角σ决定着转子的形状系数，α越大，转子越陡峭，形状系数越大；σ越小，形状系数越大，其关键在于确定出大形状系数所对应的起始夹角α。

3.如权利要求2所述的一种罗茨泵用的双曲线转子，其特征在于：当起始夹角α的取值超过某一极限值时，曲线段一（56）在对偶转子上轮廓点（6）处将会出现角点的轮廓干涉，故α取该极限值；再由给定的σ和确定的α，计算圆弧段一(12)的半径，进而求出形状系数ε。