CN1337528A - 一种新型齿形的螺杆 - Google Patents

Abstract

一种新型齿形的螺杆,螺杆径向截面的形状,齿顶圆曲线为圆弧线,齿顶圆相反一侧的齿根圆曲线为圆弧线,齿顶圆弧线一端点和齿根圆弧线一端点间由渐开线和延长摆线两段组成,齿顶圆弧线另一端点和齿根圆弧线另一端点间由延长摆线组成。本发明仅一个螺距可自成密封腔,螺杆泵结构紧凑、尺寸缩短、刚度提高;螺杆齿形加工方便,容易提高螺杆精度,螺杆泵泄漏小,效率高,压力高,运行平稳,噪声低;可用于单头、双头、多头螺杆泵。

Description

一种新型齿形的螺杆

技术领域

本发明涉及双螺杆泵的螺杆。

                           背景技术

现有的螺杆泵一般有三种，即单螺杆、双螺杆和三螺杆。单螺杆泵中由于螺杆是偏心的，衬套的横截面是由两个半圆和两段直线组成的类似于田径场跑道的形状，其内腔是双线内螺旋面，故其工艺复杂，压力也低。(参见由熊则男、齐宗亮编写的“回转式压缩机与泵”，1995年4月)，双螺杆泵中的螺杆是摆线齿形(专利号99201251)，其工艺性能差；阿基米德螺杆齿形(专利号96236524)，其工艺性较好，但渐开线齿形与其相比，工艺并不复杂，而性能和通用性都更好。应用最广的是三螺杆泵，此泵虽然受力情况良好，但因有三根螺杆，结构相对复杂，主、从动杆形状不一，不易加工，且从杆细长，刚性差，还要受到压杆稳定的限制。

                           发明内容

本发明的目的是：齿顶圆与齿根圆一端间由延长摆线，齿顶圆与齿根圆另一端由渐开线和延长摆线组成的一种新型齿形的螺杆，其工艺性好，用在螺杆泵中泄漏小、工作压力高、运行平稳。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：螺杆径向截面的形状，齿顶圆曲线为圆弧线，齿顶圆相反一侧的齿根圆曲线为圆弧线，齿顶圆弧线一端点和齿根圆弧线一端点间由渐开线和延长摆线两段组成，齿顶圆弧线另一端点和齿根圆弧线另一端点间由延长摆线组成；螺杆的头数n≥1，螺杆的长度大于两个螺距的长度。

本发明的优点是：

1)仅需一个螺距可自成密封腔，因此与三螺杆泵相比，结构紧凑，尺寸缩短，刚度提高；

2)由于渐开线与延长摆线加工成熟，因此本螺杆制造相对容易，易批量生产；

3)相对容易提高螺杆精度，泄漏小，效率高，压力高，运行平稳，噪声低；

4)本原理不仅可用于单头螺杆，也可用于双头及多头螺杆，以形成三螺杆及多螺杆泵；

5)凡齿轮啮合能组合的形式，本发明都能具有，如内啮合，相交轴运动等，以致能派生出许多泵的种类。

                        附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的径向截面图；

图3是两个螺杆作纯滚动时啮合状态图；

图4是两个螺杆作纯滚动时啮合曲线图；

图5是两个螺杆作纯滚动时啮合曲线的侧视图。

                        具体实施方式

如图1、图2所示，螺杆径向截面的形状，齿顶圆曲线为圆弧线ae，齿顶圆相反一侧的齿根圆曲线为圆弧线cd，齿顶圆弧线ae一端a点和齿根圆弧线cd一端c点间由渐开线ab和延长摆线bc两段组成，齿顶圆弧线ae另一端e点和齿根圆弧线cd另一端d点间由延长摆线ed组成；螺杆的头数n≥1，螺杆的长度大于两个螺距的长度。

当螺杆2的节圆II沿螺杆1的节圆I作纯滚动时，如图3所示，螺杆2上与螺杆1e点对应点e′的轨迹即为延长摆线ed，而与螺杆1a点对应点a′的轨迹即为延长摆线bc。延长摆线bc和ed的曲线形状相同，方向相反，各段齿形曲线形成原方式如下：

1)延长摆线ed的形成：

  x＝Rsin2ψ-2rsinψ

  y＝2rcosψ-Rcos2ψ $\mathrm{\ρ}=\sqrt{x^2+y^2}$ $\mathrm{\β}=\arccos \frac{{\mathrm{\ρ}}^2+{4r}^2-R^2}{4\mathrm{r\ρ}}$ $\mathrm{\ψ}=\arccos \frac{{4r}^2+R^2-{\mathrm{\ρ}}^2}{4\mathrm{Rr}}$

  φ＝β-ψ式中：x、y——齿廓上任一点的直角坐标

  ρ、φ——齿廓上任一点的极坐标的矢径和转角

  R、R₀、r——齿顶圆、齿根圆和节圆半径

  ψ——节圆II相对于节圆I的转角

  β——极径与两螺杆中心连线的夹角

2)延长摆线bc的形成：

  x＝-Rsin(2ψ-φ_a)+2rsin(ψ-φ_a)

  y＝-Rcos(2ψ-φ_a)+2rcos(ψ-φ_a)

  φ＝ψ-β ${\mathrm{\φ}}_a=\frac{\sqrt{r^2-R_0^2}-\sqrt{R^2-R_0^2}}{R_0}+{\cos }^{-1}\frac{R_0}{R}-{\cos }^{-1}\frac{R_0}{r}+\mathrm{\π}+{\mathrm{\φ}}_g$ ${\mathrm{\φ}}_g={\cos }^{-1}\frac{{5r}^2-R^2}{{4r}^2}-{\cos }^{-1}\frac{{3r}^2+R^2}{4\mathrm{Rr}}$ 式中：φ_a——渐开线ab与齿顶圆交点a处的极角

  φ_g——延长摆线de与节圆交点g处的极角

3)齿顶圆ae的形成： $R=\sqrt{x^2+y^2}$

4)齿根圆cd的形成： $R_0=\sqrt{x^2+y^2}$

5)渐开线ab的形成： $\mathrm{\&rho;}=\frac{R_0}{\cos a}$ $\frac{\sqrt{r^2-R_0^2}}{R_0}-{\cos }^{-1}\frac{R_0}{r}+\mathrm{\&pi;}+{\mathrm{\&phi;}}_g-\mathrm{\&phi;}=\mathrm{tga}-a$ ${\mathrm{\&phi;}}_a\&le;\mathrm{\&phi;}{<\mathrm{\&phi;}}_a+\frac{\sqrt{r^2-R_0^2}}{R_0}{-\cos }^{-1}\frac{R_0}{r}$ 式中：a——渐开线ab的压力角

由图1可知，延长摆线bc和渐开线ab的交点b，实际上就是两螺杆渐开线啮合的起始点。如给定顶圆半径R和根圆半径R₀，便可确定b点的极径ob，由渐开线和延长摆线的性质，曲线abc在极坐标中的夹角，即∠aoc便可求得。根据啮合的要求，顶圆圆弧ea和根圆圆弧cd的弧度必须相等，因此，图1给出的齿形曲线abcde是唯一的。

两螺杆对应的啮合关系为：

螺杆2齿顶圆a′e′对应的啮合曲线是螺杆1的齿根圆cd，点a′对应于延长摆线bc，渐开线a′b′对应于渐开线ab，齿根圆c′d′对应于齿顶圆ae，点e′对应于延长摆线ed。反过来也一样。

当两螺杆相对滚动时，杆2就会在杆1上形成空间啮合曲线1-2-3-4-5，如图4、图5所示，其中3-4是平行于轴线的直线，1-2实际上是一对渐开线斜齿轮的啮合曲线，2-3和4-5均是半径为R的螺旋线。同样，螺杆1也会在螺杆2上形成相应的啮合曲线。由于滚动是连续的，两条啮合曲线阻断了泵的输入腔和输出腔，且不断地向前推进，从而产生压力流体。

上述一对啮合曲线的形成需要一个螺距长度。为了使输入腔和输出腔在整个运行过程中始终隔离，在一对啮合曲线中断前，必须形成另一对啮合曲线，因此，整个螺杆的长度应大于两个螺距。

Claims (2)

1.一种新型齿形的螺杆，其特征在于：螺杆径向截面的形状，齿顶园曲线为圆弧线[ae]，齿顶圆相反一侧的齿根圆曲线为圆弧线[cd]，齿顶圆弧线[ae]一端[a]点和齿根圆弧线[cd]一端[c]点间由渐开线[ab]和延长摆线[bc]两段组成，齿顶圆弧线[ae]另一端[e]点和齿根圆弧线[cd]另一端[d]点间由延长摆线[ed]组成；螺杆的头数n≥1，螺杆的长度大于两个螺距的长度。

2.根据权利要求1所述的一种新型齿形的螺杆，其特征在于：延长摆线[bc]和[ed]的曲线形状相同，方向相反，各段齿形曲线形成的方式如下：

1)延长摆线[ed]的形成：

  x＝Rsin2ψ-2rsinψ

  y＝2rcosψ-Rcos2ψ $\mathrm{\&rho;}=\sqrt{x^2+y^2}$ $\mathrm{\&beta;}=\arccos =\frac{{\mathrm{\&rho;}}^2+{4r}^2-R^2}{4\mathrm{r\&rho;}}$ $\mathrm{\&psi;}=\arccos \frac{{4r}^2+R^2-{\mathrm{\&rho;}}^2}{4\mathrm{Rr}}$

  φ＝β-ψ式中：x、y——齿廓上任一点的直角坐标

  ρ、φ——齿廓上任一点的极坐标的矢径和转角

  R、R₀、r——齿顶圆、齿根圆和节圆半径

  ψ——节圆II相对于节圆I的转角

  β——极径与两螺杆中心连线的夹角

2)延长摆线[bc]的形成：

  x＝-Rsin(2ψ-φ_a)+2rsin(ψ-φ_a)

  y＝-Rcos(2ψ-φ_a)+2rcos(ψ-φ_a)

  φ＝ψ-β ${\mathrm{\&phi;}}_a=\frac{\sqrt{r^2-R_0^2}-\sqrt{R^2-R_0^2}}{R_0}+{\cos }^{-1}\frac{R_0}{R}-{\cos }^{-1}\frac{R_0}{r}+\mathrm{\&pi;}+{\mathrm{\&phi;}}_g$ ${\mathrm{\&phi;}}_g={\cos }^{-1}\frac{{5r}^2-R^2}{{4r}^2}-{\cos }^{-1}\frac{{3r}^2+R^2}{4\mathrm{Rr}}$ 式中：φ_a——渐开线[ab]与齿顶圆交点[a]处的极角

  φ_g——延长摆线[de]与节圆交点[g]处的极角

3)齿顶圆[ae]的形成： $R=\sqrt{x^2+y^2}$

4)齿根圆[cd]的形成： $R_0=\sqrt{x^2+y^2}$

5)渐开线[ab]的形成： $\mathrm{\&rho;}=\frac{R_0}{\cos a}$ $\frac{\sqrt{r^2-R_0^2}}{R_0}-{\cos }^{-1}\frac{R_0}{r}+\mathrm{\&pi;}+{\mathrm{\&phi;}}_g-\mathrm{\&phi;}=\mathrm{tga}-a$ ${\mathrm{\&phi;}}_a\&le;\mathrm{\&phi;}<{\mathrm{\&phi;}}_a+\frac{\sqrt{r^2-R_0^2}}{R_0}-{\cos }^{-1}\frac{R_0}{r}$ 式中：a——渐开线[ab]的压力角

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