CN114562456A - 螺杆转子及其组件 - Google Patents

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Abstract

本发明的实施例提供了一种螺杆转子及其组件，涉及真空泵技术领域。螺杆转子的端面型线包括依次首尾连接的齿顶圆弧段、直线包络线段、直线段、齿根圆弧段和摆线段，直线段到螺杆转子的圆心的垂直距离L的取值范围为：0＜L＜Rb，Rb为齿根圆弧段的半径。该螺杆转子及其组件能保证两根螺杆转子在异向同步旋转时能实现正确的啮合，同时螺杆转子结构相对简单，通过普通车刀就能进行加工，不需要定制刀具，实现加工更方便、加工成本低的优点，而且，面积利用系数可调节范围广，进而设计范围广，可以应用于较多的使用场景。

Description

螺杆转子及其组件
技术领域
本发明涉及真空泵技术领域，具体而言，涉及一种螺杆转子及其组件。
背景技术
螺杆真空泵是利用一对螺杆在泵壳中作同步高速反向旋转而产生的吸气和排气作用的抽气设备，它是油封式真空泵的更新换代产品，能抽除含有大量水蒸气及少量粉尘的气体场合，在国内各大制药、化工企业以及半导体企业得到广泛应用。
螺杆真空泵的关键技术是互相啮合的螺杆，互相啮合的螺杆关键是端面型线，螺杆的端面型线，即转子的齿面与转子轴线垂直面的截交线；端面型线直接影响到螺杆真空泵的性能，如密封性、效率、面积利用系数等，同时决定了泵的加工制造成本。
但是，现有的螺杆转子的结构相对复杂，甚至需要定制刀具，导致加工成本高、不易加工，螺杆转子的面积利用系数可调节范围小，导致设计范围小。
发明内容
本发明的目的包括提供了一种螺杆转子及其组件，其加工更方便、加工成本低，而且面积利用系数可调节范围广。
本发明的实施例可以这样实现：
第一方面，本发明提供一种螺杆转子，螺杆转子的端面型线包括依次首尾连接的齿顶圆弧段、直线包络线段、直线段、齿根圆弧段和摆线段，直线段到螺杆转子的圆心的垂直距离L的取值范围为：0＜L＜Rb，Rb为齿根圆弧段的半径。
在可选的实施方式中，直线包络线段的方程为：
x＝A*sin(t)+(A-L/(cos(t)))*cos(t)*sin(2*t)
y＝A*cos(t)+(A-L/(cos(t)))*cos(t)*cos(2*t)
式中，A为相互啮合的两个螺杆转子的中心距的一半。
这样，直线包络线段与直线段相匹配，能保证两根螺杆转子在异向同步旋转时能实现正确的啮合。
在可选的实施方式中，摆线段的方程为：
x＝R*sin(2*t)-2A*sin(t)
y＝2A*cos(t)-R*cos(2*t)
0≤t≤arccos(2A/(2*R))
式中，R为齿顶圆弧段的半径，A为相互啮合的两个螺杆转子的中心距的一半。
这样，一根螺杆转子的摆线段与另一根螺杆转子的摆线段相匹配，能保证两根螺杆转子在异向同步旋转时能实现正确的啮合。
第二方面，本发明提供一种螺杆转子组件，螺杆转子组件包括两根前述实施方式的螺杆转子，两根螺杆转子旋向相反。
在可选的实施方式中，一根螺杆转子的齿顶圆弧段用于与另一根螺杆转子的齿根圆弧段啮合，一根螺杆转子的直线包络线段用于与另一根螺杆转子的直线段啮合，一根螺杆转子的摆线段用于与另一根螺杆转子的摆线段啮合。
这样，采用上述端面型线的两根螺杆转子在异向同步旋转时能实现正确的啮合，保证真空泵的正常运行，使得螺杆转子的结构相对简单，因此在加工时使得加工方便，减少加工成本。
第三方面，本发明提供一种螺杆转子，螺杆转子的端面型线包括依次首尾连接的齿顶圆弧段、第一过渡圆弧段、直线包络线段、直线段、第二过渡圆弧段、齿根圆弧段和摆线段，直线段到螺杆转子的圆心的垂直距离L的取值范围为：0＜L＜Rb，Rb为齿根圆弧段的半径。
这样，在齿顶圆弧段与直线包络线段之间通过第一过渡圆弧段过渡，在直线段与齿根圆弧段之间通过第二过渡圆弧段过渡，使得端面型线更加平滑。
在可选的实施方式中，直线包络线段的方程为：
x＝A*sin(t)+(A-L/(cos(t)))*cos(t)*sin(2*t)
y＝A*cos(t)+(A-L/(cos(t)))*cos(t)*cos(2*t)
式中，A为相互啮合的两个螺杆转子的中心距的一半。
在可选的实施方式中，摆线段的方程为：
x＝R*sin(2*t)-2A*sin(t)
y＝2A*cos(t)-R*cos(2*t)
0≤t≤arccos(2A/(2*R))
式中，R为齿顶圆弧段的半径，A为相互啮合的两个螺杆转子的中心距的一半。
第四方面，本发明提供一种螺杆转子组件，螺杆转子组件包括两根前述实施方式的螺杆转子，两根螺杆转子旋向相反。
在可选的实施方式中，一根螺杆转子的齿顶圆弧段用于与另一根螺杆转子的齿根圆弧段啮合，一根螺杆转子的第一过渡圆弧段用于与另一根螺杆转子的第二过渡圆弧段啮合，一根螺杆转子的直线包络线段用于与另一根螺杆转子的直线段啮合，一根螺杆转子的摆线段用于与另一根螺杆转子的摆线段啮合。
这样，采用上述端面型线的两根螺杆转子在异向同步旋转时能实现正确的啮合，保证真空泵的正常运行，使得螺杆转子的结构相对简单，因此在加工时使得加工方便，减少加工成本。
本发明实施例提供的螺杆转子及其组件的有益效果包括：
1.与现有技术相比，本发明实施例提供的螺杆转子及其组件能保证两根螺杆转子在异向同步旋转时能实现正确的啮合，同时螺杆转子结构相对简单，通过普通车刀就能进行加工，不需要定制刀具，实现加工更方便、加工成本低的优点；
2.螺杆转子的面积利用系数可调节范围广，进而设计范围广，可以应用于较多的使用场景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为本发明第一实施例提供的螺杆转子的结构示意图；
图2为本发明第一实施例提供的螺杆转子组件的结构示意图；
图3为本发明第二实施例提供的螺杆转子的结构示意图；
图4为本发明第二实施例提供的螺杆转子组件的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。
第一实施例
请参考图1，本实施例提供了一种螺杆转子，螺杆转子的端面型线包括依次首尾连接的齿顶圆弧段ab、直线包络线段bc、直线段cd、齿根圆弧段de和摆线段ea。
直线段cd到螺杆转子的圆心O的垂直距离L决定螺杆转子的面积利用系数，垂直距离L越小面积利用系数越大，相同参数抽速越大，本实施例中，垂直距离L的取值范围为：0＜L＜Rb，Rb为齿根圆弧段的半径，垂直距离L的最小值根据螺杆转子的强度确定。
直线包络线段bc的方程为：
x＝A*sin(t)+(A-L/(cos(t)))*cos(t)*sin(2*t)
y＝A*cos(t)+(A-L/(cos(t)))*cos(t)*cos(2*t)
式中，A为相互啮合的两个螺杆转子的中心距的一半。
这样，直线包络线段bc与直线段cd相匹配，能保证两根螺杆转子在异向同步旋转时能实现正确的啮合。
摆线段ea的方程为：
x＝R*sin(2*t)-2A*sin(t)
y＝2A*cos(t)-R*cos(2*t)
0≤t≤arccos(2A/(2*R))
式中，R为齿顶圆弧段ab的半径。
这样，一根螺杆转子的摆线段ea与另一根螺杆转子的摆线段ea相匹配，能保证两根螺杆转子在异向同步旋转时能实现正确的啮合。
请参阅图2，本实施例还提供一种螺杆转子组件，螺杆转子组件包括两根前述实施方式的螺杆转子，两根螺杆转子旋向相反。
一根螺杆转子的齿顶圆弧段ab用于与另一根螺杆转子的齿根圆弧段de啮合，一根螺杆转子的直线包络线段bc用于与另一根螺杆转子的直线段cd啮合，一根螺杆转子的摆线段ea用于与另一根螺杆转子的摆线段ea啮合。这样，采用上述端面型线的两根螺杆转子在异向同步旋转时能实现正确的啮合，保证真空泵的正常运行，使得螺杆转子的结构相对简单，因此在加工时使得加工方便，减少加工成本。
为验证本实施例提供的螺杆转子及其组件的工作性能，进行了以下对比试验，试验结构如下表1所示：
表1
Figure BDA0003553510900000061
可见，采用本实施例提供的螺杆转子及其组件，在极限真空度上有明显改善。
本发明实施例提供的螺杆转子及其组件的有益效果包括：
1.与现有技术相比，本发明实施例提供的螺杆转子及其组件能保证两根螺杆转子在异向同步旋转时能实现正确的啮合，同时螺杆转子结构相对简单，通过普通车刀就能进行加工，不需要定制刀具，实现加工更方便、加工成本低的优点；
2.螺杆转子的面积利用系数可调节范围广，进而设计范围广，可以应用于较多的使用场景。
第二实施例
请参考图3，本实施例提供了一种螺杆转子，螺杆转子的端面型线包括依次首尾连接的齿顶圆弧段AB、第一过渡圆弧段BC、直线包络线段CD、直线段DE、第二过渡圆弧段EF、齿根圆弧段FG和摆线段GA。
直线段AB到螺杆转子的圆心O的垂直距离L决定螺杆转子的面积利用系数，垂直距离L越小面积利用系数越大，相同参数抽速越大，本实施例中，垂直距离L的取值范围为：0＜L＜Rb，Rb为齿根圆弧段的半径，垂直距离L的最小值根据螺杆转子的强度确定。
直线包络线段CD的方程为：
x＝A*sin(t)+(A-L/(cos(t)))*cos(t)*sin(2*t)
y＝A*cos(t)+(A-L/(cos(t)))*cos(t)*cos(2*t)
式中，A为相互啮合的两个螺杆转子的中心距的一半。
这样，直线包络线段CD与直线段DE相匹配，能保证两根螺杆转子在异向同步旋转时能实现正确的啮合。
摆线段GA的方程为：
x＝R*sin(2*t)-2A*sin(t)
y＝2A*cos(t)-R*cos(2*t)
0≤t≤arccos(2A/(2*R))
式中，R为齿顶圆弧段AB的半径。
这样，一根螺杆转子的摆线段GA与另一根螺杆转子的摆线段GA相匹配，能保证两根螺杆转子在异向同步旋转时能实现正确的啮合。
请参阅图4，本实施例还提供一种螺杆转子组件，螺杆转子组件包括两根前述实施方式的螺杆转子，两根螺杆转子旋向相反。
一根螺杆转子的齿顶圆弧段AB用于与另一根螺杆转子的齿根圆弧段FG啮合，一根螺杆转子的第一过渡圆弧段BC用于与另一根螺杆转子的第二过渡圆弧段EF啮合，一根螺杆转子的直线包络线段CD用于与另一根螺杆转子的直线段DE啮合，一根螺杆转子的摆线段GA用于与另一根螺杆转子的摆线段GA啮合。这样，采用上述端面型线的两根螺杆转子在异向同步旋转时能实现正确的啮合，保证真空泵的正常运行，使得螺杆转子的结构相对简单，因此在加工时使得加工方便，减少加工成本。
为验证本实施例提供的螺杆转子及其组件的工作性能，进行了以下对比试验，试验结构如下表2所示：
表2
Figure BDA0003553510900000081
可见，采用本实施例提供的螺杆转子及其组件，在极限真空度上有明显改善。
本发明实施例提供的螺杆转子及其组件的有益效果包括：
1.与现有技术相比，本发明实施例提供的螺杆转子及其组件能保证两根螺杆转子在异向同步旋转时能实现正确的啮合，同时螺杆转子结构相对简单，通过普通车刀就能进行加工，不需要定制刀具，实现加工更方便、加工成本低的优点；
2.螺杆转子的面积利用系数可调节范围广，进而设计范围广，可以应用于较多的使用场景。
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种螺杆转子，其特征在于，所述螺杆转子的端面型线包括依次首尾连接的齿顶圆弧段、直线包络线段、直线段、齿根圆弧段和摆线段，所述直线段到所述螺杆转子的圆心的垂直距离L的取值范围为：0＜L＜Rb，Rb为所述齿根圆弧段的半径。
2.根据权利要求1所述的螺杆转子，其特征在于，所述直线包络线段的方程为：
x＝A*sin(t)+(A-L/(cos(t)))*cos(t)*sin(2*t)
y＝A*cos(t)+(A-L/(cos(t)))*cos(t)*cos(2*t)
式中，A为相互啮合的两个所述螺杆转子的中心距的一半。
3.根据权利要求1所述的螺杆转子，其特征在于，所述摆线段的方程为：
x＝R*sin(2*t)-2A*sin(t)
y＝2A*cos(t)-R*cos(2*t)
0≤t≤arccos(2A/(2*R))
式中，R为所述齿顶圆弧段的半径，A为相互啮合的两个所述螺杆转子的中心距的一半。
4.一种螺杆转子组件，其特征在于，所述螺杆转子组件包括两根权利要求1所述的螺杆转子，两根所述螺杆转子旋向相反。
5.根据权利要求4所述的螺杆转子组件，其特征在于，一根所述螺杆转子的所述齿顶圆弧段用于与另一根所述螺杆转子的所述齿根圆弧段啮合，一根所述螺杆转子的所述直线包络线段用于与另一根所述螺杆转子的所述直线段啮合，一根所述螺杆转子的所述摆线段用于与另一根所述螺杆转子的所述摆线段啮合。
6.一种螺杆转子，其特征在于，所述螺杆转子的端面型线包括依次首尾连接的齿顶圆弧段、第一过渡圆弧段、直线包络线段、直线段、第二过渡圆弧段、齿根圆弧段和摆线段，所述直线段到所述螺杆转子的圆心的垂直距离L的取值范围为：0＜L＜Rb，Rb为所述齿根圆弧段的半径。
7.根据权利要求6所述的螺杆转子，其特征在于，所述直线包络线段的方程为：
x＝A*sin(t)+(A-L/(cos(t)))*cos(t)*sin(2*t)
y＝A*cos(t)+(A-L/(cos(t)))*cos(t)*cos(2*t)
式中，A为相互啮合的两个所述螺杆转子的中心距的一半。
8.根据权利要求6所述的螺杆转子，其特征在于，所述摆线段的方程为：
x＝R*sin(2*t)-2A*sin(t)
y＝2A*cos(t)-R*cos(2*t)
0≤t≤arccos(2A/(2*R))
式中，R为所述齿顶圆弧段的半径，A为相互啮合的两个所述螺杆转子的中心距的一半。
9.一种螺杆转子组件，其特征在于，所述螺杆转子组件包括两根权利要求6所述的螺杆转子，两根所述螺杆转子旋向相反。
10.根据权利要求9所述的螺杆转子组件，其特征在于，一根所述螺杆转子的所述齿顶圆弧段用于与另一根所述螺杆转子的所述齿根圆弧段啮合，一根所述螺杆转子的所述第一过渡圆弧段用于与另一根所述螺杆转子的所述第二过渡圆弧段啮合，一根所述螺杆转子的所述直线包络线段用于与另一根所述螺杆转子的所述直线段啮合，一根所述螺杆转子的所述摆线段用于与另一根所述螺杆转子的所述摆线段啮合。
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