CN111779674A - 一种多叶罗茨泵转子型线 - Google Patents

Abstract

本申请属于流体机械领域，特别是涉及一种多叶罗茨泵转子型线。现有技术中的渐开线‑销齿圆弧型转子型线在中心距A与转子直径D之比(A/D)小于某一极限值时，型线设计受到限制。本申请提供了一种多叶罗茨泵转子型线，包括第一转子和第二转子，第一转子与第二转子配合使用；第一转子的型线包括依次连接的第一齿顶对滚圆弧段、第一圆弧段、第一渐开线段、第一圆弧包络线段、第一点啮合摆线段和第一齿根对滚圆弧段，所述第二转子的型线包括依次连接的第二齿顶对滚圆弧段、第二圆弧段、第二渐开线段、第二圆弧包络线段、第二点啮合摆线段和第二齿根对滚圆弧段。中心距A与转子直径D之比(A/D)超过了传统渐开线‑销齿圆弧型转子型线的极值，使得参数可取值范围更宽。

Description

一种多叶罗茨泵转子型线

技术领域

本申请属于流体机械领域，特别是涉及一种多叶罗茨泵转子型线。

背景技术

罗茨鼓风机是一种无油回转式鼓风机。罗茨鼓风机由一对相互啮合的直齿转子，一对同步齿轮，一个跑道型气缸和两端的墙板、齿轮箱等组成。转子在旋转过程中相互啮合，形成周期性变化的工作容积，从而无内压缩地实现气体的吸入和排出；且无需吸气阀和排气阀等易损部件。由于转子结构完全对称，理论上可以实现惯性力平衡。

罗茨鼓风机的转子型线决定了其面积利用系数、基元容积的变化率、转子间间隙的不均匀度等特性，而面积利用系数决定了罗茨鼓风机的流量、基元容积的变化率影响了排气脉动幅值、转子间间隙不均匀度决定了罗茨鼓风机的内泄漏特性。到目前为止，最有代表性的罗茨鼓风机的转子型线有三种，即摆线型、圆弧型、渐开线-销齿圆弧型。其中，摆线型转子型线因面积利用系数低而较少应用，圆弧型转子型线的齿顶密封性能差，其容积效率相对低一些。相比之下，渐开线-销齿圆弧型转子型线由于其密封性能好、加工方便，在罗茨鼓风机中应用较广。

在设计渐开线-销齿圆弧型转子时，中心距A与转子直径D的比值(A/D)是一个很重要的参数，它决定了罗茨鼓风机的流量。该比值越小，转子越瘦，转子的面积利用系数越高，流量就越大。但若这个比值小于某个极值时，则无法采用渐开线-销齿圆弧型这种传统型线，型线设计受到限制。

发明内容

1.要解决的技术问题

基于在设计渐开线-销齿圆弧型转子时，中心距A与转子直径D的比值(A/D)是一个很重要的参数，它决定了罗茨鼓风机的流量。该比值越小，转子越瘦，转子的面积利用系数越高，流量就越大。但若这个比值小于某个极值时，则无法采用渐开线-销齿圆弧型这种传统型线，型线设计受到限制的问题，本申请提供了一种多叶罗茨泵转子型线。

2.技术方案

为了达到上述的目的，本申请提供了一种多叶罗茨泵转子型线，包括第一转子和第二转子，所述第一转子与所述第二转子配合使用，所述第一转子关于自身的转子中心成中心对称，所述第二转子关于自身的转子中心成中心对称，所述第一转子为z叶式，所述第二转子为z叶式，所述z≥2且所述z∈N^*；

所述第一转子的型线包括依次连接的第一齿顶对滚圆弧段、第一圆弧段、第一渐开线段、第一圆弧包络线段、第一点啮合摆线段和第一齿根对滚圆弧段，所述第二转子的型线包括依次连接的第二齿顶对滚圆弧段、第二圆弧段、第二渐开线段、第二圆弧包络线段、第二点啮合摆线段和第二齿根对滚圆弧段。

本申请提供的另一种实施方式为：所述第一齿顶对滚圆弧段与所述第二齿根对滚圆弧段共轭。

本申请提供的另一种实施方式为：所述第一圆弧段与所述第二圆弧包络线段共轭。

本申请提供的另一种实施方式为：所述第一渐开线段与所述第二渐开线段共轭。

本申请提供的另一种实施方式为：所述第一圆弧包络线段与所述第二圆弧段共轭。

本申请提供的另一种实施方式为：所述第一齿根对滚圆弧段与所述第二齿顶对滚圆弧段共轭。

本申请提供的另一种实施方式为：所述第一齿顶对滚圆弧段与所述第一圆弧段的连接点为第一尖点，所述第二齿顶对滚圆弧段与所述第二圆弧段的连接点为第二尖点；所述第一点啮合摆线段与所述第二尖点共轭，所述第二点啮合摆线段与所述第一尖点共轭；所述第一尖点与所述第二点啮合摆线处于啮合时形成的转子齿间工作容积能达到零，所述第二尖点与所述第一点啮合摆线处于啮合时形成的转子齿间工作容积能达到零。

本申请提供的另一种实施方式为：所述第一圆弧段与所述第一渐开线段的连接点为第一切点，所述第一渐开线段与所述第一圆弧包络线段的连接点为第二切点，所述第一圆弧包络线段与所述第一点啮合摆线段的连接点为第三切点，所述第一点啮合摆线段与所述第一齿根对滚圆弧段的连接点为第四切点，所述第一齿顶对滚圆弧段的起点为第五切点，所述第一齿根对滚圆弧段的终点为第六切点。

本申请提供的另一种实施方式为：所述第二圆弧段与所述第二渐开线段的连接点为第七切点，所述第二渐开线段与所述第二圆弧包络线段的连接点为第八切点，所述第二圆弧包络线段与所述第二点啮合摆线段的连接点为第九切点，所述第二点啮合摆线段与所述第二齿根对滚圆弧段的连接点为第十切点，所述第二齿顶对滚圆弧段的起点为第十一切点，所述第二齿根对滚圆弧段的终点为第十二切点。

本申请提供的另一种实施方式为：所述第一转子与所述第二转子间的中心距同所述第一转子的直径之比的极小值小于传统渐开线-销齿圆弧型转子型线的极小值；所述第一转子与所述第二转子间的中心距同所述第二转子的直径之比的极小值小于传统渐开线-销齿圆弧型转子型线的极小值。

3.有益效果

与现有技术相比，本申请提供的多叶罗茨泵转子型线的有益效果在于：

本申请提供的多叶罗茨泵转子型线为多叶罗茨泵的转子，该多叶罗茨泵转子型线的中心距A与转子直径D的比值(A/D)超过极值，转子的面积利用系数高，流量就大。

本申请提供的多叶罗茨泵转子型线，中心距A与转子直径D之比(A/D)超过了传统渐开线-销齿圆弧型转子型线的极值，使得参数可取值范围更宽。

本申请提供的多叶罗茨泵转子型线，型线从齿顶到齿根依次由齿顶对滚圆弧AB段、圆弧BC段、渐开线CD段、圆弧包络线DE段、点啮合摆线EF段、齿根对滚圆弧FG段这六段曲线组成。

本申请提供的多叶罗茨泵转子型线，在叶数z、中心距A及转子直径D相同的条件下，本申请的多叶罗茨泵转子型线相比于传统渐开线-销齿圆弧型转子型线有更高的面积利用系数，从而流量就更大。

本申请提供的多叶罗茨泵转子型线，提供了一种多叶罗茨泵型线的参数方程，以便对多叶转子系列进行优化设计。

附图说明

图1是本申请的转子型线设计原理示意图；

图2是本申请的两叶罗茨泵型线示意图；

图3是本申请的三叶罗茨泵型线示意图；

图4是本申请的四叶罗茨泵型线示意图；

图5是本申请的五叶罗茨泵型线示意图；

图6是本申请的六叶罗茨泵型线示意图；

图7是本申请的七叶罗茨泵型线示意图；

图8是本申请的八叶罗茨泵型线示意图；

图中：1-第一转子、2-第二转子、3-第一齿顶对滚圆弧段、4-第一圆弧段、5-第一渐开线段、6-第一圆弧包络线段、7-第一点啮合摆线段、8-第一齿根对滚圆弧段。

具体实施方式

在下文中，将参考附图对本申请的具体实施例进行详细地描述，依照这些详细的描述，所属领域技术人员能够清楚地理解本申请，并能够实施本申请。在不违背本申请原理的情况下，各个不同的实施例中的特征可以进行组合以获得新的实施方式，或者替代某些实施例中的某些特征，获得其它优选的实施方式。

目前常用的为两叶罗茨或三叶罗茨，四叶或四叶以上的罗茨转子较少。

参见图1～8，本申请提供一种多叶罗茨泵转子型线，包括第一转子1和第二转子2，所述第一转子1与所述第二转子2配合使用，所述第一转子1关于自身的转子中心成中心对称，所述第二转子2关于自身的转子中心成中心对称，所述第一转子1为z叶式，所述第二转子2为z叶式，所述z≥2且所述z∈N^*；

所述第一转子1的型线包括依次连接的第一齿顶对滚圆弧段3、第一圆弧段4、第一渐开线段5、第一圆弧包络线段6、第一点啮合摆线段7和第一齿根对滚圆弧段8，所述第二转子2的型线包括依次连接的第二齿顶对滚圆弧段、第二圆弧段、第二渐开线段、第二圆弧包络线段、第二点啮合摆线段和第二齿根对滚圆弧段。

这里的第一转子与第二转子结构完全相同，“第一”和“第二”只是为了区分不同的名称。

进一步地，所述第一齿顶对滚圆弧段3与所述第二齿根对滚圆弧段共轭。

进一步地，所述第一圆弧段4与所述第二圆弧包络线段共轭。

进一步地，所述第一渐开线段5与所述第二渐开线段共轭。

进一步地，所述第一圆弧包络线段6与所述第二圆弧段共轭。

进一步地，所述第一齿根对滚圆弧段8与所述第二齿顶对滚圆弧段共轭。

进一步地，所述第一齿顶对滚圆弧段3与所述第一圆弧段4的连接点为第一尖点，所述第二齿顶对滚圆弧段与所述第二圆弧段的连接点为第二尖点；所述第一点啮合摆线段7与所述第二尖点共轭，所述第二点啮合摆线段与所述第一尖点共轭；所述第一尖点与所述第二点啮合摆线处于啮合时形成的转子齿间工作容积能达到零，所述第二尖点与所述第一点啮合摆线处于啮合时形成的转子齿间工作容积能达到零。

进一步地，所述第一圆弧段4与所述第一渐开线段5的连接点为第一切点，所述第一渐开线段5与所述第一圆弧包络线段6的连接点为第二切点，所述第一圆弧包络线段6与所述第一点啮合摆线段7的连接点为第三切点，所述第一点啮合摆线段7与所述第一齿根对滚圆弧段8的连接点为第四切点，所述第一齿顶对滚圆弧段3的起点为第五切点，所述第一齿根对滚圆弧段8的终点为第六切点。

进一步地，所述第二圆弧段与所述第二渐开线段的连接点为第七切点，所述第二渐开线段与所述第二圆弧包络线段的连接点为第八切点，所述第二圆弧包络线段与所述第二点啮合摆线段的连接点为第九切点，所述第二点啮合摆线段与所述第二齿根对滚圆弧段的连接点为第十切点，所述第二齿顶对滚圆弧段的起点为第十一切点，所述第二齿根对滚圆弧段的终点为第十二切点。

进一步地，所述第一转子1与所述第二转子2间的中心距同所述第一转子1的直径之比的极小值小于传统渐开线-销齿圆弧型转子型线的极小值；所述第一转子1与所述第二转子2间的中心距同所述第二转子2的直径之比的极小值小于传统渐开线-销齿圆弧型转子型线的极小值。

实施例

本实施例涉及一种多叶罗茨泵转子型线，如图1～8所示。本申请所述的多叶罗茨泵包括两个形状完全一致且均关于自身的转子中心成中心对称的主、从动转子，转子为z(z≥2且z∈N^*)叶式，均无偏心质量。转子型线由依次相连的齿顶和齿根组成。在本实施例中，将结合附图对单个转子的齿顶到齿根的结构进行说明。转子的型线包括圆弧、圆弧包络线、对滚圆弧、点啮合摆线、和渐开线。

其中，从齿顶到齿根依次由齿顶对滚圆弧AB段、圆弧BC段、渐开线CD段、圆弧包络线DE段、点啮合摆线EF段、齿根对滚圆弧FG段这六段组成。具体地：对滚圆弧AB段是以O₁为圆心、以R为半径的齿顶圆弧，后相交圆弧于B点，与另一相同转子上的对滚圆弧FG段共轭，其中，B点为尖点；圆弧BC段是以P₁为圆心、以r₁为半径的圆弧，后切渐开线于C点，与另一相同转子上的圆弧包络线DE段共轭；渐开线CD段的基圆半径为r_o，后切圆弧包络线于D点，与另一相同转子上的渐开线CD段共轭；圆弧包络线DE段后切点啮合摆线于E点，与另一相同转子上的圆弧BC段共轭；点啮合摆线EF段后切齿根对滚圆弧于F点，与另一相同转子上的尖点B共轭；对滚圆弧FG段是以O₁为圆心、以(A-R)为半径的齿根圆弧，后切对滚圆弧于G点,与另一相同转子上的对滚圆弧AB段共轭。

这样，采用这种转子型线的转子齿形外形上更瘦，面积利用系数更大；并且在结构上完全中心对称，运转时无偏心力矩产生。

此外，转子的A、C、D、E、F、G点为公切点，型线圆滑过渡，便于加工；B点为尖点，与点啮合摆线处于啮合时形成的转子齿间工作容积能达到零，能够避免形成排气封闭容积；尖点B不需要和对应的点啮合摆线啮合，可以通过脱开，但不能干涉。采用这种转子型线设计出的罗茨泵的面积利用系数较高、气密性亦有提升。

其中，主、从转子的转子型线相同，且都关于自身的转子中心成中心对称，将上述转子的型线进行镜像、旋转即可得到完整的多叶转子型线；在其运转时无偏心力矩产生，省去挖孔或配平衡重的方法解决转子旋转时的偏心问题。

更为具体的，AB是半径为R的齿顶对滚圆弧，方程为：

BC是圆心P₁在渐开线基圆上、半径为r₁的圆弧，方程为：

CD是一段渐开线，方程为：

DE是BC的共轭圆弧包络线，根据平面啮合条件，DE的方程为：

EF是与齿顶尖点B相互啮合的点啮合摆线，方程为：

FG是与半径为(A-R)的齿根对滚圆弧，方程为：

上述方程中：A、D、z为基本参数；R_p＝A/2、R＝D/2为派生参数；ε₁、ε₂分别为基圆修正参数(ε₁∈(0,1])、渐开线啮合修正参数(ε₂∈(0,0.5])，根据所需满足的要求取值，具体可由型线计算程序求取；r_o为渐开线基圆半径，

α_p为节圆压力角，

R_b、R_e分别为渐开线起点D、终点C所在圆弧的半径，

α_b、α_e分别为渐开线起点D、终点C对应的压力角，

β_b、β_e分别为渐开线起点D、终点C对应的极角，

r₂＝r_o，α₂＝α_e-β_e，r₁＝R_e sin α_e，

r_E为E点的极径。

将转子的上述型线进行镜像、旋转即可得到完整的多叶转子型线。

当n＝2时，如图2为两叶罗茨泵型线的两个转子啮合状态示意图，O₁、O₂分别为两个转子的中心。

当n＝3时，如图3为三叶罗茨泵型线的两个转子啮合状态示意图，O₁、O₂分别为两个转子的中心。

当n＝4时，如图4为四叶罗茨泵型线的两个转子啮合状态示意图，O₁、O₂分别为两个转子的中心。

当n＝5时，如图5为五叶罗茨泵型线的两个转子啮合状态示意图，O₁、O₂分别为两个转子的中心。

当n＝6时，如图6为六叶罗茨泵型线的两个转子啮合状态示意图，O₁、O₂分别为两个转子的中心。

当n＝7时，如图7为七叶罗茨泵型线的两个转子啮合状态示意图，O₁、O₂分别为两个转子的中心。

当n＝8时，如图8为八叶罗茨泵型线的两个转子啮合状态示意图，O₁、O₂分别为两个转子的中心。

本申请的多叶罗茨泵转子型线相比于传统渐开线-销齿圆弧型转子型线有更高的面积利用系数。

尽管在上文中参考特定的实施例对本申请进行了描述，但是所属领域技术人员应当理解，在本申请公开的原理和范围内，可以针对本申请公开的配置和细节做出许多修改。本申请的保护范围由所附的权利要求来确定，并且权利要求意在涵盖权利要求中技术特征的等同物文字意义或范围所包含的全部修改。

Claims (10)

1.一种多叶罗茨泵转子型线，其特征在于：包括第一转子和第二转子，所述第一转子与所述第二转子配合使用，所述第一转子关于自身的转子中心成中心对称，所述第二转子关于自身的转子中心成中心对称；

所述第一转子的型线包括依次连接的第一齿顶对滚圆弧段、第一圆弧段、第一渐开线段、第一圆弧包络线段、第一点啮合摆线段和第一齿根对滚圆弧段，所述第二转子的型线包括依次连接的第二齿顶对滚圆弧段、第二圆弧段、第二渐开线段、第二圆弧包络线段、第二点啮合摆线段和第二齿根对滚圆弧段。

2.如权利要求1所述的多叶罗茨泵转子型线，其特征在于：所述第一齿顶对滚圆弧段与所述第二齿根对滚圆弧段共轭。

3.如权利要求1所述的多叶罗茨泵转子型线，其特征在于：所述第一圆弧段与所述第二圆弧包络线段共轭。

4.如权利要求1所述的多叶罗茨泵转子型线，其特征在于：所述第一渐开线段与所述第二渐开线段共轭。

5.如权利要求1所述的多叶罗茨泵转子型线，其特征在于：所述第一圆弧包络线段与所述第二圆弧段共轭。

6.如权利要求1所述的多叶罗茨泵转子型线，其特征在于：所述第一齿根对滚圆弧段与所述第二齿顶对滚圆弧段共轭。

7.如权利要求1所述的多叶罗茨泵转子型线，其特征在于：所述第一齿顶对滚圆弧段与所述第一圆弧段的连接点为第一尖点，所述第二齿顶对滚圆弧段与所述第二圆弧段的连接点为第二尖点；所述第一点啮合摆线段与所述第二尖点共轭，所述第二点啮合摆线段与所述第一尖点共轭；所述第一尖点与所述第二点啮合摆线处于啮合时形成的转子齿间工作容积能达到零，所述第二尖点与所述第一点啮合摆线处于啮合时形成的转子齿间工作容积能达到零。

8.如权利要求1～7中任一项所述的多叶罗茨泵转子型线，其特征在于：所述第一圆弧段与所述第一渐开线段的连接点为第一切点，所述第一渐开线段与所述第一圆弧包络线段的连接点为第二切点，所述第一圆弧包络线段与所述第一点啮合摆线段的连接点为第三切点，所述第一点啮合摆线段与所述第一齿根对滚圆弧段的连接点为第四切点，所述第一齿顶对滚圆弧段的起点为第五切点，所述第一齿根对滚圆弧段的终点为第六切点。

9.如权利要求8所述的多叶罗茨泵转子型线，其特征在于：所述第二圆弧段与所述第二渐开线段的连接点为第七切点，所述第二渐开线段与所述第二圆弧包络线段的连接点为第八切点，所述第二圆弧包络线段与所述第二点啮合摆线段的连接点为第九切点，所述第二点啮合摆线段与所述第二齿根对滚圆弧段的连接点为第十切点，所述第二齿顶对滚圆弧段的起点为第十一切点，所述第二齿根对滚圆弧段的终点为第十二切点。

10.如权利要求8所述的多叶罗茨泵转子型线，其特征在于：所述第一转子与所述第二转子间的中心距同所述第一转子的直径之比的极小值小于传统渐开线-销齿圆弧型转子型线的极小值；所述第一转子与所述第二转子间的中心距同所述第二转子的直径之比的极小值小于传统渐开线-销齿圆弧型转子型线的极小值。

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