CN111502999B - 一种干式螺杆真空泵及其螺杆转子 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种干式螺杆真空泵及其螺杆转子，螺杆转子具有齿根面、齿顶面、凹面、凸面，其中，齿根面、齿顶面分别为理论齿根面、理论齿顶面沿径向朝向中心轴偏移后的曲面，凹面、凸面分别为理论凹面、理论凸面沿法向朝向螺杆转子内部偏移后的曲面，且每一个曲面在偏移前后的距离差为定值。本申请中的螺杆转子为理论螺杆转子的各个曲面向自身内部缩进一定距离得到的结构，因此，两个螺杆转子配合转动过程中，两个螺杆转子之间的间隙较为均匀，从而保障干式螺杆真空泵的工作稳定性和流量特性。

Description

一种干式螺杆真空泵及其螺杆转子

技术领域

本申请涉及螺杆真空泵技术领域，更具体地说，涉及一种干式螺杆真空泵及其螺杆转子。

背景技术

干式螺杆真空泵为非接触式传动，其螺杆转子与螺杆转子之间、螺杆转子与泵腔之间需要存在微小间隙，这些间隙称之为流场间隙。

干式螺杆真空泵的流场间隙的大小是影响泵性能和可靠性的一个重要参数。随着气体在泵内传输的过程中，不可避免的存在气体从排气口高压侧向吸气口低压侧反向流动，如果流场间隙设计大了，则气体返流过大，影响干式螺杆真空泵的性能，如果流场间隙设计小了，则运动过程中，螺杆转子受热膨胀导致泵卡死。如何将间隙设计得足够小及稳定是比较难的，间隙越小，稍有波动影响就越明显。

并且，流场间隙从排气端到吸气端要均匀，不均匀的流场间隙会影响干式螺杆真空泵的工作稳定性，还影响干式螺杆真空泵的流量特性。

综上所述，如何使干式螺杆真空泵具有间隙值小且均匀的流场间隙，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的是提供一种螺杆转子，其在修型后具有整体比较一致的稳定间隙。本申请的另一目的是提供一种包括上述螺杆转子的干式螺杆真空泵。

为了实现上述目的，本申请提供如下技术方案：

一种螺杆转子，所述螺杆转子具有齿根面、齿顶面、凹面、与所述凹面相对的凸面，所述齿顶面为理论齿顶面中任意一点沿径向朝向中心轴偏移第一预设距离的曲面，所述齿根面为理论齿根面中任意一点沿径向朝向所述中心轴偏移第二预设距离的曲面，所述凹面为理论凹面中任意一点沿法向朝向所述螺杆转子内部偏移第三预设距离的曲面，所述凸面为理论凸面中任意一点沿法向朝向所述螺杆转子内部偏移第四预设距离的曲面；所述理论齿根面、所述理论齿顶面、所述理论凹面、所述理论凸面为理论螺杆转子的外表面，两个所述理论螺杆转子配合转动的过程中，二者相互接触且没有间隙。

可选的，所述螺杆转子的端面型线由一段渐开线曲线ab、一段齿根圆弧bc、一段摆线cd和一段齿顶圆弧da组成。

可选的，所述齿顶圆弧da的方程为第一方程式；其中，所述第一方程式为

R_A为齿顶圆半径，δ₁为所述齿顶面与腔体内壁间的周向间隙，θ₁为齿顶圆转角，x_r1、y_r1、z_r1为所述齿顶面上的点的坐标，z₁为所述理论齿顶面上的点的坐标，Z轴与所述中心轴共线。

可选的，所述齿根圆弧bc的方程为第二方程式；其中，所述第二方程式为

R_F为齿根圆半径；δ₁为所述齿顶面与腔体内壁间的周向间隙；δ₂为一个所述螺杆转子的齿顶圆至与其相啮合的另一所述螺杆转子的齿根圆之间的径向间隙；θ₂为齿根圆转角；x_r2、y_r2、z_r2为所述齿根面上的点的坐标，z₂为所述理论齿根面上的点的坐标，Z轴与所述中心轴共线。

可选的，所述摆线cd的方程为第三方程式；其中，所述第三方程式为：

R_A为齿顶圆半径；R_F为齿根圆半径；φ₃为摆线转角，当0≤φ₃≤90，“±”取“-”，当90＜φ₃≤180，“±”取“+”；δ₃为两个所述螺杆转子中相配合的两个所述凹面之间的齿侧间隙；

x_r3、y_r3、z_r3为所述凹面上的点的坐标，z₃为所述理论凹面上的点的坐标，Z轴与所述中心轴共线。

可选的，所述渐开线曲线ab的方程式为第四方程式，其中，所述第四方程式为：

R₀为基圆半径；

为变量，

β为初始相位角；δ₄为两个所述螺杆转子中相配合的两个所述凸面间的齿形间隙；

当y_r＞0时，“±”取“-”，否则取“+”；x_r4、y_r4、z_r4为所述凸面上的点的坐标，z₄为所述理论凸面上的点的坐标，Z轴与所述中心轴共线。

一种干式螺杆真空泵，包括壳体，所述壳体的腔体中设有两个上述任意一种螺杆转子，两个所述螺杆转子平行设置且外啮合。

通过上述方案，本申请提供的螺杆转子的有益效果在于：

本申请提供的螺杆转子具有齿根面、齿顶面、凹面、凸面，其中，齿根面、齿顶面分别为理论齿根面、理论齿顶面沿径向朝向中心轴偏移后的曲面，凹面、凸面分别为理论凹面、理论凸面沿法向朝向螺杆转子内部偏移后的曲面，且同一个曲面上的点在偏移前后的距离差为定值。也就是说，本申请中的螺杆转子为理论螺杆转子的各个曲面向自身内部缩进一定距离得到的结构，因此，两个螺杆转子配合转动过程中，两个螺杆转子之间的间隙较为均匀，从而保障干式螺杆真空泵的工作稳定性和流量特性。

此外，应当理解的是，本申请提供的干式螺杆真空泵包括上述螺杆转子，因此，本申请提供的干式螺杆真空泵同样具备上述有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种干式螺杆真空泵的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种螺杆转子的端面型线的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

请参考图1和图2，本申请提供了一种螺杆转子，螺杆转子具有齿顶面1、齿根面2、凹面3以及凸面4。其中，齿顶面1和齿根面2均呈螺旋状结构；凸面4设置在齿顶面1和齿根面2之间，且朝向螺杆转子的第一端；凹面3设置在齿顶面1和齿根面2之间，且朝向螺杆转子的第二端，即凹面3与凸面4相对分布。

螺杆转子在使用时一般成组使用，两个螺杆转子为一组，一个螺杆转子为主动件，另一个螺杆转子为从动件。两个螺杆转子在配合转动的过程中，一个螺杆转子的齿顶面1与另一个螺杆转子的齿根面2配合，一个螺杆转子的凸面4与另一个螺杆转子的凸面4配合，一个螺杆转子的凹面3与另一个螺杆转子的凹面3配合。

按照理论设计可以得到一对理论螺杆转子，理论螺杆转子的确定方式可参考现有技术。理论螺杆转子由多级导程组成，理论螺杆转子的外表面为理论齿面，每一个理论螺杆转子的理论齿面具体包括理论齿顶面、理论齿根面、理论凹面、理论凸面。在两个理论螺杆转子配合转动的过程中，二者相互接触且没有间隙。此处的两个理论螺杆转子相互接触且没有间隙具体指：一个理论螺杆转子的理论齿顶面与另一个理论螺杆转子的理论齿根面相互接触且没有间隙，一个理论螺杆转子的理论凸面与另一个理论螺杆转子的理论凸面相互接触且没有间隙，一个理论螺杆转子的理论凹面与另一个理论螺杆转子的理论凹面相互接触且没有间隙。

由于按照理论设计出的两个理论螺杆转子装配后是直接接触的，因此需要对理论螺杆转子进行等距修形，让两个理论螺杆转子之间产生整体比较一致的稳定间隙。

齿顶面1和齿根面2的等距修型是分别将理论齿根面和理论齿顶面在径向上向圆心产生一微小的偏移，以获得预定的流场间隙。具体来说，齿顶面1为理论齿顶面中全部点沿径向朝向中心轴偏移第一预设距离后的曲面，齿根面2为理论齿根面中全部点沿径向朝向中心轴偏移第二预设距离后的曲面。以齿顶面1和齿根面2中一者的偏移为例，有第一通用方程式：

第一通用方程式中，x、y、z为理论齿面坐标，x_r、y_r、z_r为径向等距修形后的实际齿面坐标，δ为预定的流场间隙，流场间隙等于第一预设距离与第二预设距离的和。

凹面3和凸面4的等距修形是分别将理论凹面和理论凸面在法向上偏移一定距离，以获得预定的流场间隙。具体来说，凹面3为理论凹面中全部点沿法向偏移第三预设距离后的曲面，且偏移后凹面3在理论凹面的内部；凸面4为理论凸面中全部点沿法向偏移第四预设距离后的曲面，且偏移后的凸面4在理论凸面的内部。以凹面3和凸面4中一者的偏移为例，有第二通用方程式：

第二通用方程式中，x、y、z为理论齿面坐标，x_r、y_r、z_r为径向等距修形后实际齿面坐标，

δ为预定的流场间隙，预定的流场间隙等于第三预设距离与第四预设距离的和。

需要说明的是，螺杆转子可以采用等螺距结构；优选螺杆转子采用变距式，螺杆转子的螺距从进气端向排气端逐渐减小，变距式有预压缩作用，可实现节能的效果。

可选的，在一种实施例中，螺杆转子的端面型线为由四条曲线围成的闭环形状，四条曲线分别为一段渐开线曲线ab、一段齿根圆弧bc、一段摆线cd和一段齿顶圆弧da，每相邻两段曲线的交界处光滑过渡。另外，螺杆转子在任意轴向位置处的端面型线相同，通过端面线型可以生成螺杆转子。

可选的，在一种实施例中，齿顶圆弧da的方程为第一方程式：

第一方程式中，R_A为齿顶圆半径，δ₁为齿顶面1与腔体内壁间的周向间隙，θ₁为齿顶圆转角，x_r1、y_r1、z_r1为齿顶面1上的点的坐标，z₁为理论齿顶面上的点的坐标，Z轴与中心轴共线。

可选的，在一种实施例中，齿根圆弧bc的方程为第二方程式：

第二方程式中，R_F为齿根圆半径；δ₁为齿顶面1与腔体内壁间的周向间隙；δ₂为一个螺杆转子的齿顶圆至与其相啮合的另一螺杆转子的齿根圆之间的径向间隙；θ₂为齿根圆转角；x_r2、y_r2、z_r2为齿根面2上的点的坐标，z₂为理论齿根面上的点的坐标，Z轴与中心轴共线。

可选的，在一种实施例中，摆线cd的方程为第三方程式：

第三方程式中，R_A为齿顶圆半径；R_F为齿根圆半径；φ₃为摆线转角，当0≤φ₃≤90，“±”取“-”，当90＜φ₃≤180，“±”取“+”；δ₃为两个螺杆转子中相配合的两个凹面3之间的齿侧间隙；

x_r3、y_r3、z_r3为凹面3上的点的坐标，z₃为理论凹面上的点的坐标，Z轴与中心轴共线。

可选的，在一种实施例中，渐开线曲线ab的方程式为第四方程式：

第四方程式中，R₀为基圆半径；

为变量，

β为初始相位角；δ₄为两个螺杆转子中相配合的两个凸面4间的齿形间隙；

当y_r＞0时，“±”取“-”，否则取“+”；x_r4、y_r4、z_r4为凸面4上的点的坐标，z₄为理论凸面上的点的坐标，Z轴与中心轴共线。

由上述实施方式可以见，本申请提供的螺杆转子的有益效果在于：通过对理论转子的理论齿面进行偏移得到本申请中的螺杆转子，在实际使用时，干式螺杆真空泵的螺杆转子与螺杆转子之间，螺杆转子与腔体内壁之间具有合理且稳定的流场间隙，保障干式螺杆真空泵的工作稳定性和流量特性。

本申请还提供一种干式螺杆真空泵，该干式螺杆真空泵包括壳体，壳体设有进气口和排气口，壳体内部为腔体，腔体中设置有上述任意一种螺杆转子，螺杆转子的数量为两个，二者平行设置且外啮合。该干式螺杆真空泵的其他各部分的结构请参考现有技术，本文不再赘述。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上对本申请所提供的干式螺杆真空泵及其螺杆转子进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种螺杆转子，其特征在于，所述螺杆转子具有齿顶面(1)、齿根面(2)、凹面(3)、与所述凹面(3)相对的凸面(4)，所述齿顶面(1)为理论齿顶面沿径向朝向所述螺杆转子的中心轴偏移第一预设距离的曲面，所述齿根面(2)为理论齿根面沿径向朝向所述中心轴偏移第二预设距离的曲面，所述凹面(3)为理论凹面沿法向朝向所述螺杆转子内部偏移第三预设距离的曲面，所述凸面(4)为理论凸面沿法向朝向所述螺杆转子内部偏移第四预设距离的曲面；所述理论齿根面、所述理论齿顶面、所述理论凹面、所述理论凸面为理论螺杆转子的外表面，两个所述理论螺杆转子配合转动的过程中，二者相互接触且没有间隙。

2.根据权利要求1所述的螺杆转子，其特征在于，所述螺杆转子的端面型线由一段渐开线曲线ab、一段齿根圆弧bc、一段摆线cd和一段齿顶圆弧da组成。

3.根据权利要求2所述的螺杆转子，其特征在于，所述齿顶圆弧da的方程为第一方程式；其中，所述第一方程式为

R_A为齿顶圆半径，δ₁为所述齿顶面(1)与腔体内壁间的周向间隙，θ₁为齿顶圆转角，x_r1、y_r1、z_r1为所述齿顶面(1)上的点的坐标，z₁为所述理论齿顶面上的点的坐标，Z轴与所述中心轴共线。

4.根据权利要求2所述的螺杆转子，其特征在于，所述齿根圆弧bc的方程为第二方程式；其中，所述第二方程式为

R_F为齿根圆半径；δ₁为所述齿顶面(1)与腔体内壁间的周向间隙；δ₂为一个所述螺杆转子的齿顶圆至与其相啮合的另一所述螺杆转子的齿根圆之间的径向间隙；θ₂为齿根圆转角；x_r2、y_r2、z_r2为所述齿根面(2)上的点的坐标，z₂为所述理论齿根面上的点的坐标，Z轴与所述中心轴共线。

5.根据权利要求2所述的螺杆转子，其特征在于，所述摆线cd的方程为第三方程式；其中，所述第三方程式为：

R_A为齿顶圆半径；R_F为齿根圆半径；φ₃为摆线转角，当0≤φ₃≤90，“±”取“-”，当90＜φ₃≤180，“±”取“+”；δ₃为两个所述螺杆转子中相配合的两个所述凹面(3)之间的齿侧间隙；

x、y、z为理论齿面坐标；x_r3、y_r3、z_r3为所述凹面(3)上的点的坐标，z₃为所述理论凹面上的点的坐标，Z轴与所述中心轴共线。

6.根据权利要求2所述的螺杆转子，其特征在于，所述渐开线曲线ab的方程式为第四方程式，其中，所述第四方程式为：

R₀为基圆半径；

为变量，

R_A为齿顶圆半径；R_F为齿根圆半径；β为初始相位角；δ₄为两个所述螺杆转子中相配合的两个所述凸面(4)间的齿形间隙；

x、y、z为理论齿面坐标；当y_r＞0时，“±”取“-”，否则取“+”；x_r4、y_r4、z_r4为所述凸面(4)上的点的坐标，z₄为所述理论凸面上的点的坐标，Z轴与所述中心轴共线。

7.一种干式螺杆真空泵，其特征在于，包括壳体，所述壳体的腔体中设有两个权利要求1至6任意一项所述的螺杆转子，两个所述螺杆转子平行设置且外啮合。

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