CN111828327A - 一种多齿转子压缩机转子型线及多齿转子和压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多齿转子压缩机转子型线及多齿转子和压缩机，其中阴转子的基本啮合曲线包括依次连接的摆线ab、齿底圆弧bc、线段cd、销齿圆弧de和齿顶圆弧ef；阳转子的基本啮合曲线包括依次连接的摆线AB、齿顶圆弧BC、直线共轭曲线段CD、销齿圆弧DE和齿底圆弧EF。本发明采用销齿圆弧、直线和直线共轭曲线作为齿顶圆弧和齿底圆弧的连接线，转子的曲线构成简单，便于三齿以上转子压缩机的参数设计和多齿压缩机型线的获得；阴、阳转子的齿顶处均存在一段齿顶圆弧，因而齿顶与气缸之间为线接触密封；阳转子型线上设置齿底圆弧EF，通过较长的齿底圆弧EF能够使得压缩机在排气时实际的排气通流面积大幅增加；且不会大幅度降低面积利用系数。

Description

一种多齿转子压缩机转子型线及多齿转子和压缩机

技术领域

本发明属于压缩机和真空泵技术领域，具体涉及一种多齿转子压缩机转子型线及多齿转子 和压缩机。

背景技术

齿式转子压缩机是一种回转容积式压缩机，它在无油空压机领域具有十分良好的应用前景， 特别是在车用、食品用等高转速、小体积和无油化场合具有很大的发展潜力。齿式转子压缩机 由一对始终啮合的齿式转子、一个“∞”形气缸、轴向两侧的端板和一对同步异向齿轮等组成。 齿式转子、“∞”形气缸和端板形成工作腔，转子在绕轴线旋转过程中始终啮合，同时工作腔 容积实现周期性地缩小，当工作腔压力达到一定值时，开设在端板上的排气孔与工作腔连通， 实现高压气体的排出，在完全排气之后新的工作腔又与进气孔连通，实现低压气体的吸入，这 样一来，压缩机实现连续的吸气、压缩和排气过程。齿式转子压缩机在结构上类似于罗茨风机， 二者都无需吸排气阀等易损件，不同的是前者具有内压缩过程，可以实现较高的压比、高热效 率和低噪音。

早期的齿式转子压缩机转子采用单齿结构，两个转子均存在不同程度的偏心，往往需要一 定手段来实现旋转惯性力的平衡。当转子齿数增加为两齿时，转子关于自身轴线中心对称，因 此可以实现转动惯性力的自平衡。当齿数增加为三齿或者更多时，不仅能实现旋转惯性力的平 衡，而且由于转子与气缸形成的封闭工作腔增多，能极大地减少气体压缩时的内泄漏量，大大 提高压缩过程的热效率。此外，相比于双齿转子压缩机，多齿转子在转子参数相同且转过相同 转角时有数量更多、容积更小的工作介质被压缩排出，因而排气压力脉动更小，气流更稳定。 但现有的多齿转子压缩机型线存在以下问题：大多从双齿转子型线演变而来，由于双齿转子型 线采用复杂的共轭曲线对来实现转子的啮合，因而很难实现双齿转子向多齿的转换。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种多齿转子压缩机转子型线及多齿转子和压缩 机，本发明转子的曲线构成简单，易于实现双齿转子向多齿的转换。

本发明采用的技术方案是：

一种多齿转子压缩机转子型线，包括阴转子的型线和阳转子型线，阴转子和阳转子始终啮 合，阴转子和阳转子具有相同的齿数，阴转子的型线和阳转子型线是由各自基本啮合曲线经过 中心对称阵列所得；阴转子的基本啮合曲线包括依次连接的摆线ab、齿底圆弧bc、线段cd、 销齿圆弧de和齿顶圆弧ef；阳转子的基本啮合曲线包括依次连接的摆线AB、齿顶圆弧BC、 直线共轭曲线段CD、销齿圆弧DE和齿底圆弧EF；摆线AB前端点为点A，阳转子和阴转子 的齿数≥3；

阴转子型线参照的坐标系为O₁X₁Y₁，阳转子型线参照的坐标系为O₂X₂Y₂，其中O₁和O₂分别为阴转子和阳转子的中心，O₁X₁轴与O₂X₂轴共线，O₁Y₁轴与O₂Y₂轴平行，O₁与O₂的距 离为2rt；

所述摆线ab前端点为点a，后切齿底圆弧bc点b，且与阳转子上的点A共轭；所述齿底 圆弧bc半径为rw、圆心为O₁点、圆心角弧度为α，前切摆线ab于点b，后切线段cd于点c，与阳转子上齿顶圆弧BC共轭；所述线段cd前切齿底圆弧bc于点c，后切销齿圆弧de于点d，与阳转子上直线共轭曲线段CD共轭；所述销齿圆弧de前切线段cd于点d，后切以rh为半径、O₁为圆心的齿顶圆弧于点e，圆心在以rt为半径、O₁为圆心的节圆与直线O₁e的交点处，圆 心角弧度为β，与阳转子上销齿圆弧DE共轭；所述齿顶圆弧ef以O₁为圆心，rh为半径，前 切销齿圆弧de于e点，后端点为点f，与阳转子上齿底圆弧EF共轭；

所述摆线AB后端点为点B，前切齿底圆弧，且与阴转子上的点a共轭；所述齿顶圆弧BC半径为rh、圆心为O₂点、圆心角弧度为α，前端点为点b，后切直线共轭曲线段CD于点 C，与阴转子上齿底圆弧bc共轭；所述直线共轭曲线段CD前切齿顶圆弧BC于点C，后切销 齿圆弧DE于点D，与阴转子上线段cd共轭；所述销齿圆弧DE前切直线共轭曲线段CD于点 D，后切以rw为半径、O₂为圆心的齿底圆弧EF于点E，圆心在以rt为半径、O₂为圆心的节 圆与直线O₂E的交点处，圆心角弧度为β，与阴转子上销齿圆弧de共轭；所述齿底圆弧EF以 O₂为圆心，rw为半径，前切销齿圆弧DE于e点，后切摆线于点F，与阴转子上齿顶圆弧ef 共轭。

优选的，摆线ab的参数方程为：

与摆线ab共轭的点A的坐标为(rh，0)。

优选的，摆线AB的参数方程为：

与摆线AB共轭的点a的坐标为(rh，0)。

进一步优选，齿底圆弧bc的参数方程为：

与齿底圆弧bc共轭的齿顶圆弧BC参数方程为：

进一步优选，线段cd的参数方程为：

与线段cd共轭的直线共轭曲线段CD的参数方程为：

其中，φ(t)为中间变量，

进一步优选，销齿圆弧de的参数方程为：

与销齿圆弧de共轭的销齿圆弧DE参数方程为：

其中，α为齿底圆弧bc对应的圆心角弧度值，β为销齿圆弧de对应的圆心角弧度值，

进一步优选，齿顶圆弧ef的参数方程为：

与齿顶圆弧ef共轭的齿底圆弧EF的参数方程为：

以上参数方程中：t-参变量；rt-节圆半径，mm；rw-齿底圆弧半径，mm；rh-齿顶圆弧半 径，rh＝2rt-rw，mm；α-齿底圆弧bc的弧度值，rad。给定rt，rw，α的值即可获得型线方程。

本发明的多齿转子具有本发明的上述的多齿转子压缩机转子型线。

本发明的压缩机具有本发明上述的多齿转子。

本发明具有如下有益效果：

本发明多齿转子压缩机转子型线采用销齿圆弧、直线和直线共轭曲线作为齿顶圆弧和齿底 圆弧的连接线，阴阳转子均存在齿底圆弧段，多齿转子可以通过一个齿的中心对称阵列获得， 因而便于三齿及以上转子压缩机的参数设计和多齿压缩机型线的获得；此外，阴、阳转子的齿 顶处均存在一段齿顶圆弧，因而齿顶与气缸之间为线接触密封，大大降低了压缩机的内泄漏量； 阳转子型线上设置齿底圆弧EF，通过尽可能将齿底圆弧EF长度加长，能够使得压缩机在排气 过程中，排气孔在打开后不会很快地被后来的齿遮盖，实际的排气通流面积大幅增加；转子从 三齿变为多齿时，可通过简单的齿部圆周阵列得到，不会大幅度降低面积利用系数。

附图说明

图1为本发明实施例中三齿转子压缩机转子型线图。

图2为本发明实施例中三齿转子压缩机排气孔图。

图3(a)～图3(f)为本发明涉及的三齿转子压缩机工作过程图。

图中，1为阴转子，2为阳转子。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示为本发明涉及的三齿转子压缩机转子型线图，包括阴转子1的型线图和阳转子 2的型线图，阴转子1和阳转子2均为中心对称结构，对称中心分别为O₁和O₂，阴转子的型 线和阳转子型线是由各自基本啮合曲线经过中心对称阵列所得；阴转子的基本啮合曲线包括依 次连接的摆线ab、齿底圆弧bc、线段cd、销齿圆弧de和齿顶圆弧ef，所在坐标系为O₁X₁Y₁直角坐标系；阳转子的基本啮合曲线包括依次连接的摆线AB、齿顶圆弧BC、直线共轭曲线 段CD、销齿圆弧DE和齿底圆弧EF，所在坐标系为O₂X₂Y₂直角坐标系；O₁X₁轴与O₂X₂轴共 线，O₁Y₁轴与O₂Y₂轴平行，O₁与O₂的距离为2rt。

所述摆线ab前端点为点a，后切齿底圆弧bc点b，且与阳转子上的点A共轭；所述齿底 圆弧bc半径为rw、圆心为O₁点、圆心角弧度为α，前切摆线ab于点b，后切线段cd于点c，与阳转子上齿顶圆弧BC共轭；所述线段cd前切齿底圆弧bc于点c，后切销齿圆弧de于点d，与阳转子上直线共轭曲线段CD共轭；所述销齿圆弧de前切线段cd于点d，后切以rh为半径、O₁为圆心的齿顶圆弧于点e，圆心在以rt为半径、O₁为圆心的节圆与直线O₁e的交点处，圆 心角弧度为β，与阳转子上销齿圆弧DE共轭；所述齿顶圆弧ef以O₁为圆心，rh为半径，前 切销齿圆弧de于e点，后端点为点f，与阳转子上齿底圆弧EF共轭；

所述摆线AB后端点为点B，前切齿底圆弧，且与阴转子上的点a共轭；所述齿顶圆弧BC 半径为rh、圆心为O₂点、圆心角弧度为α，前端点为点b，后切直线共轭曲线段CD于点C，与阴转子上齿底圆弧bc共轭；所述直线共轭曲线段CD前切齿顶圆弧BC于点C，后切销齿圆弧DE于点D，与阴转子上线段cd共轭；所述销齿圆弧DE前切直线共轭曲线段CD于点D， 后切以rw为半径、O₂为圆心的齿底圆弧EF于点E，圆心在以rt为半径、O₂为圆心的节圆与 直线O₂E的交点处，圆心角弧度为β，与阴转子上销齿圆弧de共轭；所述齿底圆弧EF以O₂为圆心，rw为半径，前切销齿圆弧DE于e点，后切摆线于点F，与阴转子上齿顶圆弧ef共 轭。

所述摆线ab的参数方程为：

与摆线ab共轭的点A的坐标为(rh，0)；其中，参变量t的取值范围为

所述摆线AB的参数方程为：

与摆线AB共轭的点a的坐标为(rh，0)；其中参变量t的取值范围为

所述齿底圆弧bc的参数方程为：

与齿底圆弧bc共轭的齿顶圆弧BC参数方程为：

其中，参变量t的取值范围为[-α,0]。

所述线段cd的参数方程为：

与线段cd共轭的直线共轭曲线段CD的参数方程为：

其中，φ(t)为中间变量，

参变量t的取值范围为[0，rt*sinβ]，

所述销齿圆弧de的参数方程为：

与销齿圆弧de共轭的销齿圆弧DE参数方程为：

其中，α为齿底圆弧bc对应的圆心角弧度值，β为销齿圆弧de对应的圆心角弧度值，

所述齿顶圆弧ef的参数方程为：

与齿顶圆弧ef共轭的齿底圆弧EF的参数方程为：

其中，参变量t的取值范围为

n为多齿转子压缩机的转子齿数，三齿转子 压缩机n＝3，即t的取值范围为[-π，-α-β]。

具体地，上述三齿转子压缩机需要给定的值有：rt-节圆半径，mm；rw-齿底圆弧半径，mm； α-齿底圆弧fg的弧度值，rad；n-三齿转子压缩机齿数，n＝3。其他，rh-齿顶圆弧半径， rh＝2rt-rw，mm。

如图2所示，为本发明涉及的三齿转子压缩机排气孔图，排气孔IJK的轮廓线包括齿顶圆 弧IJ、齿底圆弧IK和底部边缘线JK。齿顶圆弧IJ半径为rh，圆心为O₁，齿底圆弧IK半径为 rw、圆心为O₂。底部边缘线Jk的确定方法为：根据预先给定的排气孔开启瞬间对应的转子位 置，此时的转子型线与齿顶圆弧IJ和齿底圆弧IK共同组成排气孔，进而确定齿底边缘线JK。 排气孔IJk的确定方法为：根据所设定的内容积比，由封闭面积S1和S2确定排气封闭面积 S3，进而确定开始排气时阴转子与阳转子的相对位置；阳转子底部边缘线与圆心为O₁、半径 为rh的齿顶圆弧的交点为J点；阳转子底部边缘线与圆心为O₂、半径为rw的齿底圆弧的交点 为K点；在J、K点之间的阳转子底部边缘线为底部边缘线JK。

如图3(a)～图3(f)所示为本发明涉及的三齿转子压缩机工作过程图，图3(a)所示气 体从吸气口进入腔体S1、S2，同时上一次腔体汇合形成有效腔体S3；图3(b)所示腔体S1、S2逐渐增大，吸入气体的量增多，同时有效腔体S3逐渐缩小；图3(c)所示腔体S1、S2达 到最大，并皆形成封闭容积，同时有效腔体S3继续缩小至排气时对应的容积，此时排气孔即 将打开；图3(d)所示腔体S1、S2被继续推进但容积不变，同时有效腔体S3继续缩小一部 分气体已被排出；图3(e)所示腔体S1、S2进一步被推进，同时腔体S3进一步缩小，同时 一部分又被排出；图3(f)所示腔体S1开始缩小，腔体S2倍继续推进并即将与S1汇合形成 新的有效腔体，同时有效腔体S3即将缩小至0，对应的排气过程即将结束。多齿转子压缩机 的工作过程与三齿一致，不同的是多齿转子压缩机一定转数下形成的腔体S1、S2容积变小、 数量增多。

上述实施例仅用作说明发明实施过程，而并非对本发明的构思和范围进行限定，只要在本 发明设计思想范围内，领域内的人员对本发明所做的各种变形和改进，均应落入本发明的保护 范围内。

Claims (10)

1.一种多齿转子压缩机转子型线，其特征在于，包括阴转子的型线和阳转子的型线，阴转子型线的基本啮合曲线包括依次连接的摆线ab、齿底圆弧bc、线段cd、销齿圆弧de和齿顶圆弧ef；阳转子型线的基本啮合曲线包括依次连接的摆线AB、齿顶圆弧BC、直线共轭曲线段CD、销齿圆弧DE和齿底圆弧EF；摆线AB前端点为点A；阳转子和阴转子的齿数≥3；阴转子型线参照的坐标系为O₁X₁Y₁，阳转子型线参照的坐标系为O₂X₂Y₂，其中O₁和O₂分别为阴转子和阳转子的中心，O₁X₁轴与O₂X₂轴共线，O₁Y₁轴与O₂Y₂轴平行，O₁与O₂的距离为2rt；摆线ab的前端点为点a，摆线ab后切齿底圆弧bc点b，且与阳转子上的点A共轭；齿底圆弧bc的半径为rw、圆心为O₁点、圆心角为α；齿底圆弧bc前切摆线ab于点b，后切线段cd于点c，与阳转子上齿顶圆弧BC共轭；线段cd前切齿底圆弧bc于点c，后切销齿圆弧de于点d，与阳转子上直线共轭曲线段CD共轭；销齿圆弧de前切线段cd于点d，后切以rh为半径、O₁为圆心的齿顶圆弧于点e，销齿圆弧de圆心在以rt为半径、O₁为圆心的节圆与直线O₁e的交点处，圆心角为β，销齿圆弧de与阳转子上销齿圆弧DE共轭；齿顶圆弧ef以O₁为圆心、rh为半径，齿顶圆弧ef前切销齿圆弧de于e点，后端点为点f，与阳转子上齿底圆弧EF共轭；摆线AB的后端点为点B，前切摆线AB前一段的齿底圆弧，且与阴转子上的点a共轭；齿顶圆弧BC的半径为rh、圆心为O₂点、圆心角为α，前端点为点b，齿顶圆弧BC后切直线共轭曲线段CD于点C，与阴转子上齿底圆弧bc共轭；直线共轭曲线段CD前切齿顶圆弧BC于点C，后切销齿圆弧DE于点D，与阴转子上线段cd共轭；销齿圆弧DE前切直线共轭曲线段CD于点D，后切以rw为半径、O₂为圆心的齿底圆弧EF于点E，圆心在以rt为半径、O₂为圆心的节圆与直线O₂E的交点处，圆心角为β，销齿圆弧DE与阴转子上销齿圆弧de共轭；齿底圆弧EF以O₂为圆心、rw为半径，前切销齿圆弧DE于e点，后齿底圆弧EF后一段的切摆线于点F，与阴转子上齿顶圆弧ef共轭。

2.根据权利要求1所述的一种多齿转子压缩机转子型线，其特征在于，摆线ab的参数方程为：

与摆线ab共轭的点A的坐标为(rh，0)，t-参变量；rh＝2rt-rw。

3.根据权利要求1所述的一种多齿转子压缩机转子型线，其特征在于，摆线AB的参数方程为：

与摆线AB共轭的点a的坐标为(rh，0)，t-参变量；rh＝2rt-rw。

4.根据权利要求1所述的一种多齿转子压缩机转子型线，其特征在于，齿底圆弧bc的参数方程为：

与齿底圆弧bc共轭的齿顶圆弧BC参数方程为：

其中，t-参变量。

5.根据权利要求1所述的一种多齿转子压缩机转子型线，其特征在于，线段cd的参数方程为：

与线段cd共轭的直线共轭曲线段CD的参数方程为：

其中，φ(t)为中间变量，

t-参变量。

6.根据权利要求1所述的一种多齿转子压缩机转子型线，其特征在于，销齿圆弧de的参数方程为：

与销齿圆弧de共轭的销齿圆弧DE参数方程为：

其中，

t-参变量。

7.根据权利要求1所述的一种多齿转子压缩机转子型线，其特征在于，齿顶圆弧ef的参数方程为：

与齿顶圆弧ef共轭的齿底圆弧EF的参数方程为：

其中，t-参变量。

8.根据权利要求1-7任意一项所述的一种多齿转子压缩机转子型线，其特征在于，阴转子和阳转子始终啮合，阴转子和阳转子具有相同的齿数，阴转子的型线和阳转子型线是由各自基本啮合曲线经过中心对称阵列所得。

9.一种具有权利要求1-8任意一项所述多齿转子压缩机转子型线的多齿转子。

10.一种具有权利要求9所述多齿转子的压缩机。

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