CN113833655B - 一种螺杆真空泵转子及螺杆真空泵 - Google Patents

一种螺杆真空泵转子及螺杆真空泵 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种螺杆真空泵转子及螺杆真空泵。本发明的螺杆真空泵转子由端面型线绕螺旋线旋转扫描加工而成，其特点在于：所述螺杆真空泵转子的端面型线的形状和螺旋线的螺距均随着转子长度L的变化而发生变化；所述端面型线由4段型线组成，包括渐开线AB、齿顶圆BC、摆线CD、以及齿根圆DA；所述端面型线的形状和参数，全部由转子中心距a和齿根圆DA的半径RF计算得到。本发明的结构设计合理，内容积调节能力大，运行稳定，降低转子动平衡调节难度。

Description

一种螺杆真空泵转子及螺杆真空泵
技术领域
本发明涉及一种螺杆真空泵转子及螺杆真空泵，属于流体压力系统的零部件。
背景技术
螺杆真空泵在芯片、锂电池、光伏发电等行业生产工艺中大量应用，可以作为流体压力系统中的零部件，是相关工艺程序中的重要装备。随着智能装备技术和计算机数值计算技术的不断发展，异形螺杆真空泵技术迅速成长。目前的螺杆真空泵主要存在如下问题：
①真空泵内部容积比（或内压比）无法做大，导致在高真空度运行时，出现真空泵效率低、排气温度高等问题；
②传统等径或等距螺杆转子，被吸入气体在压缩过程中，容积变化不连续，真空泵转子各段的泄漏量不均匀，内部温度和压力不均匀，容易造成运行故障；
③异形螺杆转子在加工时，因为端面型线原因，转子动平衡调节难度大，加工过程复杂，从而影响产品加工效率和成本。
造成上述问题的主要原因在于，目前还没有一种结构设计合理的螺杆真空泵转子。虽然现在也有一些相对较好的螺杆真空泵转子，如公开日为2020年01月03日，公开号为CN110645172A的中国专利，公开了一种螺杆真空泵转子及螺杆真空泵；又如公开日为2019年02月22日，公开号为CN109372746A的中国专利中，公开了一种双螺杆真空泵的正态螺线型螺杆转子；再如公开日为2020年11月24日，公开号为CN111980920A的中国专利中，公开了一种螺杆转子组及具有该螺杆转子组的真空泵；这些螺杆真空泵转子依旧没有有效解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种结构设计合理，内容积调节能力大，运行稳定，降低转子动平衡调节难度的螺杆真空泵转子及螺杆真空泵。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：该螺杆真空泵转子由端面型线绕螺旋线旋转扫描加工而成，其结构特点在于：所述螺杆真空泵转子的端面型线的形状和螺旋线的螺距均随着转子长度L的变化而发生变化；所述端面型线由4段型线组成，包括渐开线AB、齿顶圆BC、摆线CD、以及齿根圆DA；所述端面型线的形状和参数，全部由转子中心距a和齿根圆DA的半径RF计算得到；所述转子中心距a是一个确定的值，根据真空泵的大小决定；
所述齿根圆DA的半径RF，随着转子的长度L而线性变化，在转子吸气端面的半径为RF1，从转子吸气端面到排气端面，按设定的曲率β，在不同的z坐标位置（吸气端面z=0，排气端面z=L），其方程式为：
RF=RF1+β*z
所述渐开线AB的坐标方程式为：
Rb=RF-T
X=Rb*cos(t1)+Rb* t1*sin(t1)
Y=Rb*sin(t1)-Rb*t1*cos(t1)
式中：T为常数，t1为渐开线A点到B点的发生圆角度；
所述齿顶圆BC的坐标方程式为：
X=(a-RF)*cos(t2)
Y=(a-RF)*sin(t2)
式中：t2为齿顶圆B点到C点相对圆心的中心线的夹角；
所述摆线CD的坐标方程式为：
X=a*sin(t3)-(a-RF)*cos(π/2-2*t3)
Y=-a*cos(t3)+(a-RF)*sin(π/2-2*t3)
式中：t3为摆线C点到D点相对圆心的中心线夹角，π为3.1415927；
所述齿根圆DA的坐标方程式为：
X=RF*cos(t4)
Y=RF*sin(t4)
式中：t4为齿顶圆D点到A点相对圆心的中心线的夹角；
所述转子螺旋线，其螺距P从转子吸气端面到排气端面呈非线性变化，可以尽可能减小转子不对称的端面型线造成的不平衡问题，其螺距方程式为：
P=PA*cos(t)+PB
式中：PA和PB分别是常数，t是螺旋线旋转的角度。
作为优选，本发明从转子吸气端面到排气端面，转子的齿顶圆直径呈线性减小，转子齿根圆直径呈线性增长。
作为优选，本发明转子螺距随转子长度而变化，或者，转子螺距是特定不变的值。
作为优选，本发明所述转子中心距a的值为50～300mm，该转子中心距a的值随着所对应的真空泵的增大而增大。真空泵流量越大、则a值越大，考虑到转子加工的效率和成本控制，作为优选的a要求在50-300mm区间设计。
一种螺杆真空泵，其结构特点在于：具有所述的螺杆真空泵转子。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：真空泵转子采用变直径和变螺距设计，从转子吸气端面到排气端面，转子的截面逐步减小，其转子中心距保持不变，齿根圆直径呈线性增加，齿顶圆相应的线性减小，相比等直径或等截面转子拥有更大的内容积调节能力；从转子吸气端面到排气端面，转子的螺距从大到小变化，相比等螺距的转子拥有更大的内容积调节能力；转子螺距变化满足余弦函数关系，在吸气完成前后螺距呈对称走势，可以有效减小转子不平衡量，降低转子动平衡调节难度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例和/或现有技术中的技术方案，下面将对实施例和/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发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例中螺杆真空泵转子的型线示意图。
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
实施例
参见图1，本实施例中的螺杆真空泵转子由端面型线绕螺旋线旋转扫描加工而成，螺杆真空泵转子的端面型线的形状和螺旋线的螺距均随着转子长度L的变化而发生变化；端面型线由4段型线组成，包括渐开线AB、齿顶圆BC、摆线CD、以及齿根圆DA；端面型线的形状和参数，全部由转子中心距a和齿根圆DA的半径RF计算得到；转子中心距a是一个确定的值，根据真空泵的大小决定；
齿根圆DA的半径RF，随着转子的长度L而线性变化，在转子吸气端面的半径为RF1，从转子吸气端面到排气端面，按设定的曲率β，在不同的z坐标位置（吸气端面z=0，排气端面z=L），其方程式为：
RF=RF1+β*z
渐开线AB的坐标方程式为：
Rb=RF-T
X=Rb*cos(t1)+Rb* t1*sin(t1)
Y=Rb*sin(t1)-Rb*t1*cos(t1)
式中：T为常数，t1为渐开线A点到B点的发生圆角度；
齿顶圆BC的坐标方程式为：
X=(a-RF)*cos(t2)
Y=(a-RF)*sin(t2)
式中：t2为齿顶圆B点到C点相对圆心的中心线的夹角；
摆线CD的坐标方程式为：
X=a*sin(t3)-(a-RF)*cos(π/2-2*t3)
Y=-a*cos(t3)+(a-RF)*sin(π/2-2*t3)
式中：t3为摆线C点到D点相对圆心的中心线夹角，π为3.1415927；
齿根圆DA的坐标方程式为：
X=RF*cos(t4)
Y=RF*sin(t4)
式中：t4为齿顶圆D点到A点相对圆心的中心线的夹角；
转子螺旋线，其螺距P从转子吸气端面到排气端面呈非线性变化，可以尽可能减小转子不对称的端面型线造成的不平衡问题，其螺距方程式为：
P=PA*cos(t)+PB
式中：PA和PB分别是常数，t是螺旋线旋转的角度。
从转子吸气端面到排气端面，转子的齿顶圆直径呈线性减小，转子齿根圆直径呈线性增长。
转子螺距随转子长度而变化，或者，转子螺距是特定不变的值。
转子中心距a的值为50～300mm，该转子中心距a的值随着所对应的真空泵的增大而增大。
本实施例中的螺杆真空泵，具有上述的螺杆真空泵转子。
转子螺距变化满足余弦函数关系，在吸气完成前后螺距呈对称走势，可以有效减小转子不平衡量，降低转子动平衡调节难度。
此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例说明。凡依据本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种螺杆真空泵转子，由端面型线绕螺旋线旋转扫描加工而成，其特征在于：所述螺杆真空泵转子的端面型线的形状和螺旋线的螺距均随着转子长度L的变化而发生变化；所述端面型线由4段型线组成，包括渐开线AB、齿顶圆BC、摆线CD、以及齿根圆DA；所述端面型线的形状和参数，全部由转子中心距a和齿根圆DA的半径RF计算得到；所述转子中心距a是一个确定的值，根据真空泵的大小决定；
所述齿根圆DA的半径RF，随着转子的长度L而线性变化，在转子吸气端面的半径为RF1，从转子吸气端面到排气端面，按设定的曲率β，在不同的z坐标位置，吸气端面z=0，排气端面z=L，其方程式为：
RF=RF1+β*z
所述渐开线AB的坐标方程式为：
Rb=RF-T
X=Rb*cos(t1)+Rb* t1*sin(t1)
Y=Rb*sin(t1)-Rb*t1*cos(t1)
式中：T为常数，t1为渐开线A点到B点的发生圆角度；
所述齿顶圆BC的坐标方程式为：
X=(a-RF)*cos(t2)
Y=(a-RF)*sin(t2)
式中：t2为齿顶圆B点到C点相对圆心的中心线的夹角；
所述摆线CD的坐标方程式为：
X=a*sin(t3)-(a-RF)*cos(π/2-2*t3)
Y=-a*cos(t3)+(a-RF)*sin(π/2-2*t3)
式中：t3为摆线C点到D点相对圆心的中心线夹角，π为3.1415927；
所述齿根圆DA的坐标方程式为：
X=RF*cos(t4)
Y=RF*sin(t4)
式中：t4为齿顶圆D点到A点相对圆心的中心线的夹角；
所述转子螺旋线，其螺距P从转子吸气端面到排气端面呈非线性变化，可以尽可能减小转子不对称的端面型线造成的不平衡问题，其螺距方程式为：
P=PA*cos(t)+PB
式中：PA和PB分别是常数，t是螺旋线旋转的角度。
2.根据权利要求1所述的螺杆真空泵转子，其特征在于：从转子吸气端面到排气端面，转子的齿顶圆直径呈线性减小，转子齿根圆直径呈线性增长。
3.根据权利要求1所述的螺杆真空泵转子，其特征在于：转子螺距随转子长度而变化，或者，转子螺距是特定不变的值。
4.根据权利要求1所述的螺杆真空泵转子，其特征在于：所述转子中心距a的值为50～300mm，该转子中心距a的值随着所对应的真空泵的增大而增大。
5.一种螺杆真空泵，其特征在于：具有如权利要求1～4任一项所述的螺杆真空泵转子。
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