CN114320911A - 一对阴阳转子的齿廓曲线及其阴阳转子、螺杆压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一对阴阳转子的齿廓曲线及其阴阳转子、螺杆压缩机。所述一对阴阳转子的齿廓曲线，其中的阴转子端面轮齿的齿廓曲线由七段弧线光滑依次连接而成；阳转子端面轮齿的齿廓曲线由与所述阴转子的齿廓曲线对应生成的七段弧线光滑依次连接而成。本发明的螺杆阴阳转子端面齿廓曲线由七段弧线光滑连接对应生成，通过沿长阴、阳转子齿顶圆弧长度，减小齿顶泄漏量，以致提高了压缩机的吸气效率。同时增强了阴转子的刚度，可用于高压比压缩。而且阻力损失小，运行噪声降低，有效地改善了低转速、小排量、无油环境下螺杆压缩机齿顶泄漏的问题。

Description

一对阴阳转子的齿廓曲线及其阴阳转子、螺杆压缩机

技术领域

本发明涉及流体输送机械技术领域，尤其涉及一对阴阳转子的齿廓曲线及具有该齿廓曲线的阴阳转子、具有该阴阳转子的螺杆压缩机。

背景技术

螺杆压缩机中气体泄漏直接影响压缩机效率。螺杆压缩机的常规泄漏区划分有接触线间隙、泄漏三角形、齿顶间隙、排气端面间隙、吸气端面间隙等五类泄漏通道，而通过齿顶间隙的泄漏占据主要泄漏的一大部分。齿顶间隙泄漏属于内泄漏，会导致齿间气体温度比无泄漏时高，故使压缩功耗增大。如图1所示，从一对阴阳转子的端面上看，转子齿廓曲线与转子腔体圆弧包括划分出多个容积。距离排气口近的容积为高压区，随之往前压力逐步降低。如，容积一为排气高压区，而容积二、三、四、五压力为相对为低压区。转子工作时，不可避免的就会有气体从高压区向低压区泄漏，即容积一向容积二、容积二向容积三、容积三向容积四、容积四向容积五依次沿着齿顶泄漏。在转子腔中阳转子驱动阴转子转动，就必须保证转子与转子腔之间留有径向间隙，且在高温高压场合中，为避免转子热膨胀及轴承游隙的影响，该径向间隙将相应放大。从图1也很清晰可以看出，阴阳转子齿顶均较窄，高压气体将很容易由高压区泄漏至低压区。其次，由于齿间气体温度的升高，也会间接减小压缩机的吸气量，降低容积效率。这些因素在低转速、小排量、无油环境下造成的泄漏愈加明显。

因此，如何克服螺杆压缩机齿顶间隙的泄漏以致密封效率较差的缺陷是业界亟待解决的问题。特别是如何解决低转速、小排量、无油环境下齿顶间隙的泄漏显得愈加重要。

发明内容

本发明为了解决现有螺杆压缩机齿顶间隙的泄漏以致密封效率较差的问题，提供一对阴阳转子的齿廓曲线及具有该齿廓曲线的阴阳转子、螺杆压缩机。

本发明提供的一对阴阳转子的齿廓曲线，所述阴转子端面轮齿的齿廓曲线由七段弧线光滑依次连接而成；所述阳转子端面轮齿的齿廓曲线由与所述阴转子的齿廓曲线对应生成的七段弧线光滑依次连接而成。

较优的，所述阴转子的齿廓曲线由第一圆弧线、椭圆弧线、第二圆弧线、第三圆弧线、第一圆弧包络线、第四圆弧线和第五圆弧线依次光滑连接而成。

较优的，所述阳转子的齿廓曲线由第二圆弧包络线、椭圆弧包络线、第三圆弧包络线、第六圆弧线、第七圆弧线、第四圆弧包络线和第八圆弧线依次光滑连接而成。

较优的，所述阴转子的第一圆弧线A₂B₂，其半径为R₃，圆心为O₃，且在所述阴转子的节圆内；所述第一圆弧线A₂B₂与所述阴转子的齿顶圆相切于点A₂；

所述阳转子的第二圆弧包络线A₁B₁，为所述阴转子的节圆沿所述阳转子的节圆做纯滚动时，所述阴转子的第一圆弧线A₂B₂的圆弧包络线并与所述阳转子的齿根圆相切于点A₁。

较优的，所述阴转子的椭圆弧线B₂C₂，其椭圆心为O₇，与所述第一圆弧线A₂B₂光滑连接于点B₂；

所述阳转子的椭圆弧包络线B₁C₁，为所述阴转子的节圆沿所述阳转子的节圆做纯滚动时，所述阴转子的椭圆弧线B₂C₂的椭圆弧包络线并与所述第二圆弧包络线A₁B₁光滑连接于点B₁。

较优的，所述阴转子的第二圆弧线C₂D₂，其半径为R₄，圆心为O₄，与所述椭圆弧线B₂C₂光滑连接于点C₂，且与所述阴转子的齿根圆相切于点D₂；

所述阳转子的第三圆弧包络线C₁D₁，为所述阴转子的节圆沿所述阳转子的节圆做纯滚动时，所述阴转子的第二圆弧线C₂D₂的圆弧包络线，与所述椭圆弧包络线B₁C₁光滑连接于点C₁，且与所述阳转子的齿顶圆相切于点D₁。

较优的，所述阴转子的第三圆弧线为所述阴转子的齿根圆圆弧线D₂E₂，其半径为R2b；

所述阳转子的第六圆弧线为所述阳转子的齿顶圆圆弧线D₁E₁，其半径为R1t。

较优的，所述阴转子的第一圆弧包络线E₂F₂，为所述阳转子的节圆沿所述阴转子的节圆做纯滚动时，所述阳转子的第七圆弧线E₁F₁的圆弧包络线，并与所述阴转子的齿根圆相切于点E₂；

所述阳转子的第七圆弧线为圆弧线E₁F₁，其半径为R₆，圆心为O₆，并与所述阳转子的齿顶圆相切于点E₁。

较优的，所述阴转子的第四圆弧线为圆弧线F₂G₂，其半径为R₅，圆心为O₅，与所述第一圆弧包络线E₂F₂光滑连接于点F₂，且与所述阴转子的齿顶圆相切于点G₂；

所述阳转子的第四圆弧包络线F₁G₁，为所述阴转子的节圆沿所述阳转子的节圆做纯滚动时，所述阴转子的第四圆弧线F₂G₂的圆弧包络线，并与所述第七圆弧线E₁F₁光滑连接于点F₁，且与所述阳转子的齿根圆相切于点G₁。

较优的，所述阴转子的第五圆弧线为所述阴转子的齿顶圆圆弧线G₂H₂，其半径为R2t；

所述阳转子的第八圆弧线为所述阳转子的齿根圆圆弧线G₁H₁，其半径为R1b。

较优的，所述阴转子和阳转子的齿数之差为0或1；

所述阳转子及阴转子的长径比取0.8~2.0；扭转角取150°~340°。

较优的，所述阳转子的（R1t-R1j）/A为15~30%；所述阴转子的（R2t-R2j）/A为±5%；

其中，所述R1t、R2t分别为所述阳转子及阴转子的齿顶圆半径，所述R1j、R2j分别为所述阳转子及阴转子的节圆半径，A为所述阳转子和阴转子的中心距。

本发明还提供一种具有所述齿廓曲线的阴阳转子及具有该阴阳转子的螺杆压缩机。

本发明提供的螺杆阴阳转子端面齿廓曲线由圆弧、椭圆弧及其包络线的七段弧线光滑连接对应生成。其特点在于延长阴、阳转子齿顶圆弧的长度，使得气体泄漏的通道狭长，可大大减小齿顶泄漏量，从而提高压缩机的吸气效率。同时延长阴、阳转子齿顶圆弧的长度，使得轮齿的结构改变，普遍较差的阴转子的刚度得到极大增强，则可用于高压比压缩。本发明七段弧线光滑连接生成的齿廓曲线，阻力损失小，运行噪声降低。可有效改善低转速、小排量、无油环境下螺杆压缩机齿顶泄漏的问题。

附图说明

图1为现有螺杆阴阳转子啮合的端面示意图；

图2为5齿阳转子、6齿阴转子啮合的三维结构示意图；

图3为螺杆压缩机的阴转子和阳转子端面一对啮合轮齿的齿廓曲线生成原理图；

图4为5齿阳转子、6齿阴转子啮合的端面示意图；

图5为4齿阳转子、5齿阴转子啮合的端面示意图；

图6为5齿阳转子、5齿阴转子啮合的端面示意图；

图7为6齿阳转子、6齿阴转子啮合的端面示意图；

图8为7齿阳转子、7齿阴转子啮合的端面示意图；

图9为7齿阳转子、8齿阴转子啮合的端面示意图。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明作进一步的说明。

如图3所示为本发明提供的螺杆阴阳转子端面的一对啮合轮齿的齿廓曲线的实施例。其中，阴转子2端面轮齿的齿廓曲线由七段弧线光滑依次连接而成；而阳转子1端面轮齿的齿廓曲线由与阴转子2的齿廓曲线对应生成的七段弧线光滑依次连接而成。重复七段弧线便形成一对阴阳转子的一周完整的齿廓曲线（请参考图2）。本实施例中，阴转子2的齿廓曲线由第一圆弧线A₂B₂、椭圆弧线B₂C₂、第二圆弧线C₂D₂、第三圆弧线D₂E₂、第一圆弧包络线E₂F₂、第四圆弧线F₂G₂和第五圆弧线G₂H₂依次光滑连接而成。阳转子1的齿廓曲线由第二圆弧包络线A₁B₁、椭圆弧包络线B₁C₁、第三圆弧包络线C₁D₁、第六圆弧线D₁E₁、第七圆弧线E₁F₁、第四圆弧包络线F₁G₁和第八圆弧线G₁H₁依次光滑连接而成。

如图3所示，本发明齿廓曲线具体是这样生成的：

1、阴阳转子的第一段弧线的生成

阴转子2的第一圆弧线A₂B₂，其半径为R₃，圆心为O₃，且在阴转子2的节圆内，该节圆的半径为R2j；第一圆弧线A₂B₂与阴转子2的半径为R2t的齿顶圆相切于点A₂。

阳转子1的第二圆弧包络线A₁B₁，为阴转子2的节圆沿阳转子1的半径为R1j的节圆做纯滚动时，阴转子2的第一圆弧线A₂B₂的圆弧包络线。该第二圆弧包络线A₁B₁与阳转子1的半径为R1b的齿根圆相切于点A₁。

2、阴阳转子的第二段弧线的生成

阴转子2的椭圆弧线B₂C₂，其椭圆心为O₇，与第一圆弧线A₂B₂光滑连接与点B₂。

阳转子1的椭圆弧包络线B₁C₁，为阴转子2的节圆（R2j）沿阳转子1的节圆（R1j）做纯滚动时，阴转子2的椭圆弧线B₂C₂的椭圆弧包络线。该椭圆弧包络线B₁C₁与第二圆弧包络线A₁B₁光滑连接于点B₁。

3、阴阳转子的第三段弧线的生成

阴转子2的第二圆弧线C₂D₂，其半径为R₄，圆心为O₄。该第二圆弧线C₂D₂与椭圆弧线B₂C₂光滑连接于点C₂且与阴转子2的半径为R2b的齿根圆相切于点D₂。

阳转子1的第三圆弧包络线C₁D₁，为阴转子2的节圆（R2j）沿阳转子1的节圆（R1j）做纯滚动时，阴转子2的第二圆弧线C₂D₂的圆弧包络线。第三圆弧包络线C₁D₁与第三圆弧包络线B₁C₁光滑连接于点C₁且与阳转子1的半径为R1t的齿顶圆相切于点D₁。

4、阴阳转子的第四段弧线的生成

阴转子2的第三圆弧线为该阴转子2的半径为R2b的齿根圆圆弧线D₂E₂。

阳转子1的第六圆弧线为该阳转子1的齿顶圆（R1t）圆弧曲线D₁E₁。

5、阴阳转子的第五段弧线的生成

阴转子2的第一圆弧包络线E₂F₂，为阳转子1的节圆（R1j）沿阴转子2的节圆（R2j）做纯滚动时，阳转子1的第七圆弧线E₁F₁的圆弧包络线。该第一圆弧包络线E₂F₂与阴转子2的齿根圆（R2b）相切与点E₂。

阳转子1的第七圆弧线为圆弧线E₁F₁，其半径为R₆，圆心为O₆。该第七圆弧线E₁F₁与阳转子1的齿顶圆（R1t）相切与点E₁。

6、阴阳转子的第六段弧线的生成

阴转子2的第四圆弧线为圆弧线F₂G₂，其半径为R₅，圆心为O₅。该第四圆弧线F₂G₂与第一圆弧包络线E₂F₂光滑连接于点F₂且与阴转子2的齿顶圆（R2t）相切与点G₂。

阳转子1的第四圆弧包络线F₁G₁，为阴转子2的节圆（R2j）沿阳转子1的节圆（R1j）做纯滚动时，阴转子2的第四圆弧线F₂G₂的圆弧包络线。该第四圆弧包络线F₁G₁与第七圆弧线E₁F₁光滑连接与点F₁且与阳转子1的齿根圆（R1b）相切于点G₁。

7、阴阳转子的第七段弧线的生成

阴转子2的第五圆弧线为该阴转子2的齿顶圆（R2t）圆弧线G₂H₂，其半径为R2t。

阳转子1的第八圆弧线为该阳转子1的齿根圆（R1b）圆弧线G₁H₁，其半径为R1b。

如图3、图4所示，本发明提供一种全新的螺杆阴阳转子齿廓曲线的生成方式，使得阴转子2的齿顶弧线G₂H₂（第七段曲线）延长的同时，也延长了阳转子1的齿顶弧线D₁E₁（第四段曲线）的长度，则转子顶部与转子腔内壁之间的间隙变的狭长，从而增大了泄漏阻力，故可大幅度的减小齿顶泄漏。同时由于增长了齿顶圆弧长度，齿根部分的厚度也随着加大，如此使得阴转子2的刚度得到极大提高，故可用于高压比压缩场合。

由于齿顶弧线的长度随不同直径和不同齿数有所不同，一般保证齿顶弧线的圆心角在5~20°范围内，齿数多该圆心角的角度小。本发明阴转子2和阳转子1的齿数之差可以为0或1（如图4至图9所示）。阳转子1、阴转子2的长径比取0.8~2.0；扭转角取150°~340°。另外，如图3所示，阳转子1的（R1t-R1j）/A取15~30%；阴转子2的（R2t-R2j）/A取±5%。其中，R1t、R2t分别为阳转子1及阴转子2的齿顶圆半径，R1j、R2j分别为阳转子1及阴转子2的节圆半径，A为阳转子1和阴转子2的中心距O₁O₂。根据上述转子的参数便可确定齿顶弧线的长度，即可控制不同齿数转子的外形尺寸。相同齿廓曲线不同参数变量的转子均在本发明保护范围内。如图4至图9所示，为不同的阴阳转子齿数的组合。

本发明的螺杆阴阳转子端面齿廓曲线由七段弧线光滑连接对应生成。通过沿长阴、阳转子齿顶圆弧长度，减小齿顶泄漏量，以提高压缩机的吸气效率。同时增强了阴转子的刚度，可用于高压比压缩。而且阻力损失小，运行噪声降低，有效地改善了低转速、小排量、无油环境下螺杆压缩机齿顶泄漏的问题。

以上所述仅为本发明的实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一对阴阳转子的齿廓曲线，其特征在于，所述阴转子端面轮齿的齿廓曲线由七段弧线光滑依次连接而成；所述阳转子端面轮齿的齿廓曲线由与所述阴转子的齿廓曲线对应生成的七段弧线光滑依次连接而成。

2.如权利要求1所述的阴阳转子的齿廓曲线，其特征在于，所述阴转子的齿廓曲线由第一圆弧线A₂B₂、椭圆弧线B₂C₂、第二圆弧线C₂D₂、第三圆弧线D₂E₂、第一圆弧包络线E₂F₂、第四圆弧线F₂G₂和第五圆弧线G₂H₂依次光滑连接而成。

3.如权利要求2所述的阴阳转子的齿廓曲线，其特征在于，所述阳转子的齿廓曲线由第二圆弧包络线A₁B₁、椭圆弧包络线B₁C₁、第三圆弧包络线C₁D₁、第六圆弧线D₁E₁、第七圆弧线E₁F₁、第四圆弧包络线F₁G₁和第八圆弧线G₁H₁依次光滑连接而成。

4.如权利要求3所述的阴阳转子的齿廓曲线，其特征在于，所述阴转子的第一圆弧线A₂B₂，其半径为R₃，圆心为O₃，且在所述阴转子的节圆内；所述第一圆弧线A₂B₂与所述阴转子的齿顶圆相切于点A₂；

所述阳转子的第二圆弧包络线A₁B₁，为所述阴转子的节圆沿所述阳转子的节圆做纯滚动时，所述阴转子的第一圆弧线A₂B₂的圆弧包络线，并与所述阳转子的齿根圆相切于点A₁。

5.如权利要求4所述的阴阳转子的齿廓曲线，其特征在于，所述阴转子的椭圆弧线B₂C₂，其椭圆心为O₇，与所述第一圆弧线A₂B₂光滑连接于点B₂；

所述阳转子的椭圆弧包络线B₁C₁，为所述阴转子的节圆沿所述阳转子的节圆做纯滚动时，所述阴转子的椭圆弧线B₂C₂的椭圆弧包络线，并与所述第二圆弧包络线A₁B₁光滑连接于点B₁。

6.如权利要求5所述的阴阳转子的齿廓曲线，其特征在于，所述阴转子的第二圆弧线C₂D₂，其半径为R₄，圆心为O₄，与所述椭圆弧线B₂C₂光滑连接于点C₂，且与所述阴转子的齿根圆相切于点D₂；

所述阳转子的第三圆弧包络线C₁D₁，为所述阴转子的节圆沿所述阳转子的节圆做纯滚动时，所述阴转子的第二圆弧线C₂D₂的圆弧包络线，与所述椭圆弧包络线B₁C₁光滑连接于点C₁，且与所述阳转子的齿顶圆相切于点D₁。

7.如权利要求6所述的阴阳转子的齿廓曲线，其特征在于，所述阴转子的第三圆弧线为所述阴转子的齿根圆圆弧线D₂E₂，其半径为R2b；

所述阳转子的第六圆弧线为所述阳转子的齿顶圆圆弧线D₁E₁，其半径为R1t。

8.如权利要求7所述的阴阳转子的齿廓曲线，其特征在于，所述阴转子的第一圆弧包络线E₂F₂，为所述阳转子的节圆沿所述阴转子的节圆做纯滚动时，所述阳转子的第七圆弧线E₁F₁的圆弧包络线，并与所述阴转子的齿根圆相切于点E₂；

所述阳转子的第七圆弧线E₁F₁，其半径为R₆，圆心为O₆，并与所述阳转子的齿顶圆相切于点E₁。

9.如权利要求8所述的阴阳转子的齿廓曲线，其特征在于，所述阴转子的第四圆弧线F₂G₂，其半径为R₅，圆心为O₅，与所述第一圆弧包络线E₂F₂光滑连接于点F₂，且与所述阴转子的齿顶圆相切于点G₂；

所述阳转子的第四圆弧包络线F₁G₁，为所述阴转子的节圆沿所述阳转子的节圆做纯滚动时，所述阴转子的第四圆弧线F₂G₂的圆弧包络线，并与所述第七圆弧线E₁F₁光滑连接于点F₁，且与所述阳转子的齿根圆相切于点G₁。

10.如权利要求9所述的阴阳转子的齿廓曲线，其特征在于，所述阴转子的第五圆弧线为所述阴转子的齿顶圆圆弧线G₂H₂，其半径为R2t；

所述阳转子的第八圆弧线为所述阳转子的齿根圆圆弧线G₁H₁，其半径为R1b。

11.如权利要求1所述的阴阳转子的齿廓曲线，其特征在于，所述阴转子和阳转子的齿数之差为0或1；

所述阳转子及所述阴转子的长径比为0.8~2.0；扭转角为150°~340°。

12.如权利要求1所述的阴阳转子的齿廓曲线，其特征在于，所述阳转子的（R1t-R1j）/A为15~30%；所述阴转子的（R2t-R2j）/A为±5%；

其中，所述R1t、R2t分别为所述阳转子及所述阴转子的齿顶圆半径，所述R1j、R2j分别为所述阳转子及所述阴转子的节圆半径，A为所述阳转子和所述阴转子的中心距。

13.一对阴阳转子，其特征在于，具有如权利要求1至12任一项所述阴阳转子的齿廓曲线。

14.一种螺杆压缩机，其特征在于，包括如权利要求13所述的阴阳转子。

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