CN114278565A - 一种双螺杆压缩机转子齿形及其形成方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双螺杆压缩机转子齿形，该转子包括阳转子和阴转子，所述阳转子的齿形由第一圆弧C1B1、渐开线B1A1、摆线A1F1、第二圆弧F1E1以及第三圆弧包络线E1D1光滑连接而成，所述阴转子的齿形由第一圆弧包络线C2B2、渐开线包络线B2A2、摆线共轭线A2F2、第二圆弧包络线F2E2以及第三圆弧E2D2光滑连接而成，所述渐开线B1A1渐开线用作驱动侧型线齿廓。本申请还涉及如上所述双螺杆压缩机转子齿形的形成方法。本申请的双螺杆压缩机转子齿形采用依次连接的渐开线和摆线作为驱动侧齿形轮廓，使得双螺杆压缩机转子运行平稳，噪音小，且齿槽容积大。

Description

一种双螺杆压缩机转子齿形及其形成方法

技术领域

本发明涉及能源与压缩设备技术领域，具体涉及一种双螺杆压缩机转子齿形及其形成方法。

背景技术

螺杆压缩机已广泛应用在工业及制冷领域，相对于往复式压缩机来说，螺杆式压缩机具有尺寸小，重量轻，易维护等特点，是压缩机中发展较快的一种形式。一方面螺杆型线和结构设计有了长足的进步。另一方面螺杆转子专用铣床和磨床的引进，提高了这对关键零件的加工精度与加工效率，使得螺杆压缩机的性能得到了有效提高。在一定范围已逐渐替代往复式压缩机，并占据了离心式压缩机的部分市场。

当前，螺杆压缩机主要应用于压缩空气和中型制冷热泵空调系统，不过虽然螺杆压缩机的噪音相对于往复式压缩机要小，但是对比离心式或涡旋式压缩机来说，噪音还是相对比较大。

为此，本领域需要开发一种低噪音的双螺杆压缩机转子齿形。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种低噪音且齿槽容积大的双螺杆压缩机转子齿形。具体来说，本申请采用依次光滑连接的渐开线和摆线作为驱动侧的齿形轮廓，以使双螺杆压缩机既运行平稳，降低设备运行噪音，又能增加齿槽容积。

本申请之目的还在于提供一种双螺杆压缩机转子齿形的形成方法。

为了实现本发明之目的，本申请提供以下技术方案。

在第一方面中，本申请提供一种双螺杆压缩机转子齿形，该转子包括阳转子和阴转子，当该阳转子和该阴转子分别绕其轴转动时，该阳转子的齿形和该阴转子的齿形相互啮合，其特征在于，所述阳转子的齿形由第一圆弧C1B1、渐开线B1A1、摆线A1F1、第二圆弧F1E1以及第三圆弧包络线E1D1光滑连接而成；

所述阴转子的齿形由第一圆弧包络线C2B2、渐开线包络线B2A2、摆线共轭线A2F2、第二圆弧包络线F2E2以及第三圆弧E2D2光滑连接而成；

其中，所述渐开线B1A1渐开线用作驱动侧型线齿廓。

在第一方面的一种实施方式中，所述阳转子的底圆直径与所述阴转子的底圆直径相同。

在第一方面的一种实施方式中，所述阳转子与所述阴转子的齿数比为：4/6、5/6、5/7或者3/5。

在第二方面中，本申请还提供如上述的双螺杆压缩机转子齿形的形成方法。形成渐开线B1A1和渐开线包络线B2A2时，B1为阳转子节圆上的任一点，并以B1为起点形成渐开线B1A1，B2A2是渐开线B1A1的包络线。形成第一圆弧C1B1和第一圆弧包络线C2B2时，过B1点做渐开线B1A1的基圆切线B1N，相切于点N，直线B1N与O1O1bc的交点即为B1C1的圆心O1bc，以B1O1bc的长度为半径r2，做圆弧与阳转子底圆相切，得点C1。形成摆线A1F1和摆线共轭线A2F2时，A1F1与渐开线A1B1相切于A1点，然后以A1为起点形成摆线A1F1，A2F2为A1F1的共轭线。形成第二圆弧F1E1和第二圆弧包络线F2E2时，F1E1为阳转子上的一段圆弧，与A1F1相交于F1点，以F1作为圆心，以r3作为半径，与O1O2连线的交点为圆心，然后以r3为半径与阳转子节圆交点为E1点，F2E2为F1E1的包络线。形成第三圆弧包络线E1D1和第三圆弧E2D2时：D2E2为阴转上的一段圆弧，圆心位于阴转子节圆上，半径为阴转子外径半径与阴转子节圆半径之差，E1D1为E2D2的包络线。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于在阴阳转子驱动侧采用渐开线型线来作为驱动，渐开线传动具有下述三个优点：1)传动比恒定，使得运动平稳，2)齿廓受正压力的方向恒定，使得受力平稳，3)安装的实际中心距与理论中心距大小的较小变化时不影响传动比，使得便于安装与制造。摆线则可增加齿槽容积。新设计将渐开线和摆线作为螺杆传动的驱动侧型线齿廓，再结合圆弧以及圆弧包络线完成整个型线设计。同时为了便于制造加工，还可以将阴阳转子的底径外径设计尺寸一致。

附图说明

图1显示根据本发明的一种实施方式的转子齿形示意图。

图2显示根据本申请的C1B1和C2B2的示意图。

图3显示根据本申请的B1A1和B2A2的示意图。

图4显示根据本申请的A1F1和A2F2的示意图。

图5显示根据本申请的F1E1和F2E2的示意图。

图6显示根据本申请的E1D1和E2D2的示意图。

具体实施方式

除非另作定义，在本说明书和权利要求书中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。以下将结合附图描述本发明的具体实施方式，需要指出的是，在这些实施方式的具体描述过程中，为了进行简明扼要的描述，本说明书不可能对实际的实施方式的所有特征均作详尽的描述。在不偏离本发明的精神和范围的情况下，本领域技术人员可以对本发明的实施方式进行修改和替换，所得实施方式也在本发明的保护范围之内。

如上所述，现有技术中的双螺杆压缩机存在运行时噪音较大的问题。本申请之目的在于提供一种噪音小且齿槽容积大的双螺杆压缩机转子齿形。在一种优选的实施方式中，所述阳转子的底圆直径与所述阴转子的底圆直径相同。在一种优选的实施方式中，所述阳转子与所述阴转子的齿数比为：4/6、5/6、5/7或者3/5。

参考图1，本申请提供一种双螺杆压缩机转子齿形，该转子包括阳转子和阴转子，当该阳转子和该阴转子分别绕其轴转动时，该阳转子的齿形和该阴转子的齿形相互啮合。在图1所示的实施方式中，所述阳转子的齿形由第一圆弧C1B1、渐开线B1A1、摆线A1F1、第二圆弧F1E1以及第三圆弧包络线E1D1光滑连接而成。在图1所示的实施方式中，所述阴转子的齿形由第一圆弧包络线C2B2、渐开线包络线B2A2、摆线共轭线A2F2、第二圆弧包络线F2E2以及第三圆弧E2D2光滑连接而成。在该实施方式中，所述渐开线B1A1渐开线用作驱动侧型线齿廓。

接下来，将结合附图详细描述各段曲线的形成方式及其具体方程式。在下述方程式中，阳转子方程式的坐标系原点为O1，阴转子方程式的坐标系原点为O2。

在下文中，参数符号及设取值范围如表1所示，其中1代表阳转子，2代表阴转子。

表1：参数符号含义及其取值范围

序号	符号	名称	取值范围
				1	cd	阴阳转子中心距	任意
2	z1	阳转子齿数	3-5
				3	z2	阴转子齿数	5-7
4	rt1	阳转子外径半径	1.2cd～1.3cd
				5	rt2	阴转子外径半径	≈rt1
6	rj1	阳转子节圆半径
				7	rj2	阴转子节圆半径
8	rb1	阳转子底圆半径
				9	rb2	阴转子底圆半径
10	i	传动比	z1/z2
				11	k	传动比系数	k＝i+1
12	r1	渐开线基圆半径	0.08～0.16cd
				13	Θ1	渐开线起始位置角	1.75π～2.2π
14	Θ2	B1C1圆心与O1夹角	0.7～1.0
				15	Θ4	D2E2圆心与O2夹角	0.17～0.4
16	Θ5	A1点与圆心O1的角度	0.5～0.6

基本参数求解公式如下所述：

rb₂＝cd-rt₁。

第一圆弧C1B1和第一圆弧包络线C2B2

参考图2，C1B1为一段圆弧，其与渐开线A1B1相交于B1(XB，YB)点，与阳转子底圆相切于C1点，过B1点做渐开线基圆切线B1N，相切于点N(Xn，Yn)。直线B1N与O1O1bc的交点即为B1C1的圆心O1bc(Xo1bc,Yo1bc)。以B1O1bc的长度为半径r2，做圆弧与阳转子底圆相切，得点C1(XC，YC)。

O1bc距离C1点和B1点的距离都等于半径r2，B1N的方向确定了O1C距离是等于rb1，可以通过几何画图确定。

B1C1方程为：

其中t₃＝ArcTan[(Y_1B-Yn)/(X1B-Xn)]+π，

对应B2C2是为B1C1的圆弧共轭曲线，方程为：

通过式(b)求解φ1，然后可得B2C2坐标。

渐开线B1A1和渐开线包络线B2A2

参考图3，A1B1为阳转子上的一段渐开线，其方程为：

比较理想的情况是：取t₁＝2.6667π-θ₁，求解方程

得t2。

对应A2B2段的方程为(a)：

根据方程式(a)求解φ1，进而可以算出A2B2坐标。

形成摆线A1F1和摆线共轭线A2F2

参考图4，A1F1为一段摆线，与A1B1相切与A1点，与F1E1相切与F1点。

A1F1的方程为：

令A1点的坐标为(X_A1，Y_A1),A1点的斜率为k，根据公式：

求α值。

m＝X_A1-r(α-Sin[α])。

A2F2的方程式为：

形成第二圆弧F1E1和第二圆弧包络线F2E2

参考图5，F1E1为在阳转子的一段圆弧，半径为r3，r3值在下文中求解。其方程为：

式中t5在下面求解。共轭的F2E2方程为：

形成第三圆弧包络线E1D1和第三圆弧E2D2

参考图6，D2E2为阴转上的一段圆弧，圆心位于阴转子节圆上，半径为r4＝rt2-rj2，其方程为：

对应阳转子上的共轭曲线D1E1方程如下，

下面求解r3和t6。

E1点在同时在圆弧A1E1和圆弧共轭线段D1E1，所以有：

联立(c)和(d)方程求解r3和t6。

实施例1

以cd＝100,z1＝4,z2＝6,rt1＝62.99,r1＝10,Θ1＝5.7596,Θ2＝0.8381,Θ3＝0.349计算得出阴阳转子齿型坐标点如下表：

具有该实施例所示齿形的双螺杆压缩机转子使用特定形状的渐开线作为驱动曲线，并设计摆线与该渐开线光滑连接，使得双螺杆转子压缩机运行平稳，噪音小，且齿槽容积大，提高了压缩机的排气量。

上述对实施例的描述是为了便于本技术领域的普通技术人员能理解和应用本申请。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其它实施例中而不必付出创造性的劳动。因此，本申请不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本申请披露的内容，在不脱离本申请范围和精神的情况下做出的改进和修改都本申请的范围之内。

Claims (6)

1.一种双螺杆压缩机转子齿形，该转子包括阳转子和阴转子，当该阳转子和该阴转子分别绕其轴转动时，该阳转子的齿形和该阴转子的齿形相互啮合，其特征在于，所述阳转子的齿形由第一圆弧C1B1、渐开线B1A1、摆线A1F1、第二圆弧F1E1以及第三圆弧包络线E1D1光滑连接而成；

所述阴转子的齿形由第一圆弧包络线C2B2、渐开线包络线B2A2、摆线共轭线A2F2、第二圆弧包络线F2E2以及第三圆弧E2D2光滑连接而成；

其中，所述渐开线B1A1渐开线用作驱动侧型线齿廓。

2.如权利要求1所述的双螺杆压缩机转子齿形，其特征在于，

其中，各段曲线的方程式如下：

其中，t₃＝ArcTan[(Y_1B-Yn)/(X1B-Xn)]+π，

在上述方程式中，阳转子方程式的坐标系原点为O1，阴转子方程式的坐标系原点为O2；

各物理参数含义及取值范围如下：

基本参数求解公式如下所述：

rb₂＝cd-rt₁。

3.如权利要求1或2所述的双螺杆压缩机转子齿形，其特征在于，所述阳转子的底圆直径与所述阴转子的底圆直径相同。

4.如权利要求1或2所述的双螺杆压缩机转子齿形，其特征在于，所述阳转子与所述阴转子的齿数比为：4/6、5/6、5/7或者3/5。

5.如权利要求2所述的双螺杆压缩机转子齿形，其特征在于，当以cd＝100,z1＝4,z2＝6,rt1＝62.99,r1＝10,Θ1＝5.7596,Θ2＝0.8381,Θ3＝0.349时，阳转子和阴转子的坐标点如下：

6.一种形成如权利要求1-5中任一项所述的应用于水蒸气双螺杆压缩机的转子齿形的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

形成渐开线B1A1和渐开线包络线B2A2：B1为阳转子节圆上的任一点，并以B1为起点形成渐开线B1A1，B2A2是渐开线B1A1的包络线；

形成第一圆弧C1B1和第一圆弧包络线C2B2：过B1点做渐开线B1A1的基圆切线B1N，相切于点N，直线B1N与O1O1bc的交点即为B1C1的圆心O1bc，以B1O1bc的长度为半径r2，做圆弧与阳转子底圆相切，得点C1；

形成摆线A1F1和摆线共轭线A2F2：A1F1与渐开线A1B1相切于A1点，然后以A1为起点形成摆线A1F1，A2F2为A1F1的共轭线；

形成第二圆弧F1E1和第二圆弧包络线F2E2：F1E1为阳转子上的一段圆弧，与A1F1相交于F1点，以F1作为圆心，以r3作为半径，与O1O2连线的交点为圆心，然后以r3为半径与阳转子节圆交点为E1点，F2E2为F1E1的包络线；

形成第三圆弧包络线E1D1和第三圆弧E2D2：D2E2为阴转上的一段圆弧，圆心位于阴转子节圆上，半径为阴转子外径半径与阴转子节圆半径之差，E1D1为E2D2的包络线。

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