CN112746968A - 一种泵用具有最大形状系数的易加工凸转子轮廓 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种泵用具有最大形状系数的易加工凸转子轮廓，由2倍叶数个节圆周向对称邻接的半叶轮廓组成，所述半叶轮廓由首尾相连的峰过渡连接圆弧、峰共轭轮廓、谷过渡连接圆弧共三部分组成，相应的端点和连接点依序为位于峰对称轴上的峰点、起始点、中节点和位于谷对称轴上的谷点。本发明一具有同类凸转子中最大的形状系数和容积利用系数；二具有同类凸转子中最易于加工的轮廓构造。

Description

一种泵用具有最大形状系数的易加工凸转子轮廓

技术领域

本发明属于转子泵技术领域，具体涉及一种具有最大形状系数和易加工的凸转子轮廓构造。

背景技术

凸转子泵是利用两个凸转子(简称为转子)旋转过程中所产生的进口真空吸力将流体介质输送到出口的一类容积泵，最早用于罗茨真空泵，应用极其广泛。其中，由两个完全相同转子所形成的非接触式转子副为泵的核心组件，转子叶数常为2～4。

转子的容积利用系数＝“转子顶圆柱体积中用于挤出介质的部分叶槽容积/转子顶圆柱的体积”∝“1－1/转子形状系数的平方”，是衡量泵性能的最重要指标，形状系数越大，容积利用系数越大，泵性能越好。所以在转子轮廓的设计中，总希望通过采用最大化的形状系数，以期获得更大的容积利用系数。

对于具有普通轮廓构造的常见易加工转子，形状系数的大小由转子轮廓中共轭段的形状直接决定，其中，共轭段由节圆外侧的峰共轭轮廓和节圆内侧的谷共轭轮廓两部分组成。虽然普通转子在应用了CN109630407B的高形技术后，能进一步提高其形状系数，但高形化轮廓的构造相对复杂，加工相对不易。

针对共轭轮廓的不同形状，虽然CN109812413B给出了各自上限形状系数的通用判据和计算方法。例如，最常见渐开线形状能取得的上限形状系数为2叶、3叶、4叶下的1.6177、1.4638、1.3655，圆弧形状下的1.6699、1.4770、1.3680，摆线形状下的1.5、1.3333、1.25等。但并没有解决共轭轮廓究竟为何具体形状时，转子能取得最大形状系数的根本问题。

发明内容

本发明针对背景技术中要解决的根本问题，提供了一种由谷共轭轮廓收缩聚集到节圆上时的特殊构造条件，直接计算出转子能取得的最大形状系数和确定出峰共轭轮廓的几何形状。

为实现上述目的，本发明技术解决方案如下：

一种泵用具有最大形状系数的易加工凸转子轮廓，由2倍叶数个节圆周向对称邻接的半叶轮廓组成，其特征在于：所述半叶轮廓由首尾相连的峰过渡连接圆弧、峰共轭轮廓、谷过渡连接圆弧共三部分组成，相应的端点和连接点依序为位于峰对称轴上的峰点、起始点、中节点和位于谷对称轴上的谷点。

所述半叶轮廓由峰对称轴与谷对称轴夹成，峰对称轴与谷对称轴的交点为转子中心，峰对称轴与谷对称轴的夹角为由转子叶数唯一确定的半叶轮廓圆心角.

所述峰对称轴与节圆的交点为峰节点。

所述谷对称轴与节圆的交点为谷节点。

所述峰节点与谷节点间的节圆弧中点为中节点，峰节点、中节点间节圆弧上的任一点为瞬节点，瞬节点处的节圆切线为瞬切线，瞬节点、中节点间的直线段为瞬弧弦，瞬弧弦关于瞬切线的镜像对称线为瞬径线，瞬径线上非瞬节点的端点为瞬廓点。

所述峰过渡连接圆弧为峰节点为圆心、“(形状系数－1)×节圆半径”为半径的峰点与起始点间圆弧。

所述峰共轭轮廓为当瞬节点由中节点连续移向峰节点时瞬廓点的轨迹线。

所述谷过渡连接圆弧为谷节点为圆心、“(形状系数－1)×节圆半径”为半径的中节点与谷节点间圆弧。

所述形状系数＝1+峰节点中节点间长度/节圆半径，即为2叶、3叶、4叶下的1.7654、1.5176、1.3902，为所有峰共轭轮廓形状中的最大值。

谷部关于谷对称轴对称的两个跨叶过渡连接圆弧，可通过节圆半径的微调，使其成为能采用标准刀具一次同时加工的标准圆弧，加上节圆内侧无谷共轭轮廓，故该转子的轮廓相对最简单，加工相对最容易。

相对于现有技术，本发明有益效果如下：

本发明的一种泵用具有最大形状系数的易加工凸转子轮廓，一具有同类凸转子中最大的形状系数和容积利用系数；二具有同类凸转子中最易于加工的轮廓构造。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显。

图1为具有最大形状系数的凸转子半叶轮廓构造示意图。

其中：O、转子中心，0、峰点，1、起始点，2、中节点，3、谷点，4、峰节点，5、谷节点，6、瞬节点，7、瞬廓点；O40、峰对称轴，O35、谷对称轴，01、峰过渡连接圆弧，12、峰共轭轮廓，23、谷过渡连接圆弧，ρ、瞬径线的长度，θ、瞬心角，62、瞬弧弦，67、瞬径线，68、瞬切线，α、瞬径线与峰对称轴的夹角，r、节圆半径，ε、形状系数，φ、半叶轮廓圆心角，N、转子叶数，λ、容积利用系数。

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。

如图1所示，本发明的一种泵用具有最大形状系数的易加工凸转子轮廓，由2倍叶数个节圆周向对称邻接的半叶轮廓组成，其半叶轮廓由峰过渡连接圆弧01、峰共轭轮廓12、谷过渡连接圆弧23共三部分首尾光滑相连组成，相应的端点和连接点依序为位于峰对称轴上的峰点0、起始点1、中节点2和位于谷对称轴O35上的谷点3。其中，半叶轮廓由峰对称轴O40与谷对称轴O35夹成，峰对称轴O40与谷对称轴O35的交点为转子中心O，峰对称轴O40与谷对称轴O35间夹角为由转子叶数唯一确定的半叶轮廓圆心角φ；峰对称轴O40与节圆的交点为峰节点4，谷对称轴O35与节圆的交点为谷节点5，峰节点4与谷节点5间的节圆弧中点为中节点2，峰节点4与中节点2间节圆弧上的任一点为瞬节点6；瞬节点6处的节圆切线为瞬切线68，瞬节点6与中节点2间的直线段为瞬弧弦62；瞬弧弦62关于瞬切线的镜像对称线为瞬径线67，瞬径线67上非瞬节点的端点为瞬廓点7，ρ为瞬径线长度，θ为瞬心角(瞬节点与中节点间节圆弧的圆心角)，r为节圆半径，ε为形状系数，N为转子叶数，λ为容积利用系数。

在节圆半径r和叶数N给定的前提下，峰对称轴O40、峰节点4、中节点2、谷节点5、半叶轮廓圆心角φ、谷对称轴O35均唯一确定。

首先，由瞬径线67和瞬弧弦62关于瞬切线68对称时所具有的：

唯一构造出峰共轭轮廓12；

其次，由ε＝1+峰节点中节点间长度/节圆半径r，得：

并分别以峰节点4和谷节点5为圆心，r×(2－ε)为半径，分别构造出峰过渡连接圆弧01和谷过渡连接圆弧23；

然后，由容积利用系数计算的进一步推导，得：

与渐开线转子上限形状系数ε_j及其容积利用系数λ_j的

相比，本发明转子的形状系数分别提高了2叶下的9.13％、3叶下的3.68％和4叶下的1.81％，容积利用系数分别提高了2叶下的8.06％、3叶下的5.38％和4叶下的3.72％。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，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。

Claims (9)

1.一种泵用具有最大形状系数的易加工凸转子轮廓，由2倍叶数个节圆周向对称邻接的半叶轮廓组成，其特征在于：所述半叶轮廓由首尾相连的峰过渡连接圆弧、峰共轭轮廓、谷过渡连接圆弧共三部分组成，相应的端点和连接点依序为位于峰对称轴上的峰点、起始点、中节点和位于谷对称轴上的谷点。

2.如权利要求1所述一种泵用具有最大形状系数的易加工凸转子轮廓，其特征在于：所述半叶轮廓由峰对称轴与谷对称轴夹成，峰对称轴与谷对称轴的交点为转子中心，峰对称轴与谷对称轴的夹角为由转子叶数唯一确定的半叶轮廓圆心角。

3.如权利要求1所述一种泵用具有最大形状系数的易加工凸转子轮廓，其特征在于：所述峰对称轴与节圆的交点为峰节点。

4.如权利要求1所述一种泵用具有最大形状系数的易加工凸转子轮廓，其特征在于：所述谷对称轴与节圆的交点为谷节点。

5.如权利要求3所述一种泵用具有最大形状系数的易加工凸转子轮廓，其特征在于：所述峰节点与谷节点间的节圆弧中点为中节点，峰节点、中节点间节圆弧上的任一点为瞬节点，瞬节点处的节圆切线为瞬切线，瞬节点、中节点间的直线段为瞬弧弦，瞬弧弦关于瞬切线的镜像对称线为瞬径线，瞬径线上非瞬节点的端点为瞬廓点。

6.如权利要求1所述一种泵用具有最大形状系数的易加工凸转子轮廓，其特征在于：所述峰过渡连接圆弧为峰节点为圆心、(形状系数－1)×节圆半径为半径的峰点与起始点间圆弧。

7.如权利要求1所述一种泵用具有最大形状系数的易加工凸转子轮廓，其特征在于：所述峰共轭轮廓为当瞬节点由中节点连续移向峰节点时瞬廓点的轨迹线。

8.如权利要求1所述一种泵用具有最大形状系数的易加工凸转子轮廓，其特征在于：所述谷过渡连接圆弧为谷节点为圆心、(形状系数－1)×节圆半径为半径的中节点与谷节点间圆弧。

9.如权利要求1所述一种泵用具有最大形状系数的易加工凸转子轮廓，其特征在于：所述形状系数＝1+峰节点中节点间长度/节圆半径。

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