CN205533238U - 用于螺杆真空泵的圆弧型线螺杆转子 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于螺杆真空泵的圆弧型线螺杆转子，由共轭传动的阳螺杆转子和阴螺杆转子组成，阳螺杆转子、阴螺杆转子的型线分别由依次首尾光滑相连的外圆弧共轭线、内凹圆弧线、齿根圆包络线、点啮合摆线、齿顶圆包络线构成，圆弧型线螺杆进气端直径大于排气端直径。本实用新型螺杆转子的齿顶圆包络线比齿根圆包络线长，有利于螺杆转子加工，提高了工艺性。本实用新型的阴阳转子外形预留转子工作过程中的热形变量，进气端大，排气端小，形成合理的装配间隙，利用转子形状补偿排气端较大热形变量，解决转子排气端热膨胀量对螺杆真空泵装配间隙的影响。

Description

用于螺杆真空泵的圆弧型线螺杆转子

技术领域

本实用新型涉及螺杆转子领域，具体是一种用于螺杆真空泵的圆弧型线螺杆转子。

背景技术

螺杆真空泵具有结构紧凑、寿命长，无油污染的等优点，广泛运用于半导体、液晶显示器等工业领域。螺杆转子是螺杆真空泵最关键的部件，直接决定泵的各方面性能，包括封闭容积、接触线长度、啮合情况、泄漏三角形等。螺杆真空泵的螺杆转子由型线与导程两个参数共同决定，导程根据工艺、抽速等因素可以确定，并不是转子设计的关键要素，转子设计关键要素是型线方程，也是等螺距螺杆真空泵的设计核心。一个好的型线应具备接触线连续，啮合平稳，消除泄漏三角形等特点。

螺杆转子型线作为商业机密，国外文献中报道不多。现有的型线主要为摆线啮合形式型线、渐开线形式型线、阿基米德螺旋线形式型线。每种形式的螺杆真空泵转子型线均存在着其独特优点与其不足之处，尚待解决。

由于阴转子和阳转子端面型线方程复杂，转子制造工艺繁琐，因此螺杆转子加工工时很长，制造成本约占整机总成本的一半。

螺杆真空泵工作过程中存在返流的原因是泵腔内阴阳转子之间是非接触的，阴阳转子之间留有装配间隙，工作过程中泵腔内进气口与排气口存在较大压差，气体会通过这些间隙流回真空室，产生返流，这些返流进而制约泵的抽气速率和极限真空度。阴阳转子之间的装配间隙取决于工作状态下转子径向热形变量。工作状态下转子各处径向热形变量存在较大差异，装配径向热形变量大位置需要预留较大装配间隙。一般抽速为150L/s螺杆真空泵径向装配间隙为0.4mm。

实用新型内容

为了降低螺杆真空泵的制造成本、缩短生产周期，提高螺杆真空泵的抽气性能，本实用新型提供一种具备一定良好的几何特性、便于加工、加工工时短的用于螺杆真空泵的圆弧型线螺杆转子。

为了达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案为：

用于螺杆真空泵的圆弧型线螺杆转子，其特征在于：由共轭传动的阳螺杆转子和阴螺杆转子组成，所述阳螺杆转子和阴螺杆转子结构相同且旋向相反，阳螺杆转子、阴螺杆转子的型线分别由依次首尾光滑相连的外圆弧共轭线、内凹圆弧线、齿根圆包络线、点啮合摆线、齿顶圆包络线构成，圆弧型线螺杆转子内部中心，圆弧型线螺杆转子中心轴线一端为进气端、另一端为排气端，且进气端直径大于排气端直径。

所述的用于螺杆真空泵的圆弧型线螺杆转子，其特征在于：设外圆弧共轭线为ab段，内凹圆弧线为bc段，齿根圆包络线为cd段，点啮合摆线为de段，齿顶圆包络线为ea段；

1)所述外圆弧共轭线的轴截面直角坐标系参数方程为：

ab段方程式中R为齿顶圆半径，R0为齿根圆半径，T为螺距长度，t表示坐标参数。节圆半径为(R+R₀)/2，

$\mathrm{\β}=\arcsin \left(\frac{(R+R_0)sin\left(2t\right)/2-(R+R_0)sin\left(t\right)/2}{(R+R_0)\sqrt{1-cos\left(t\right)}}\right);$

2)内凹圆弧线的轴截面直角坐标系参数方程为：

bc段方程式中R为齿顶圆直径，R0为齿根圆直径，T为螺距长度，t表示坐标参数；

3)齿根圆包络线的轴截面包络线形成：

cd段方程式中T为螺距长度，R0为齿根圆直径，t表示坐标参数；

4)点啮合摆线包络线的轴截面的形成：

de段方程式中方程中R为齿顶圆直径，R0为齿根圆直径，T为螺距长度，t表示坐标参数；

5)齿顶圆包络线的轴截面形成：

ea段方程式中R为齿顶圆直径，T为螺距长度，t表示坐标参数。

所述的用于螺杆真空泵的圆弧型线螺杆转子，其特征在于：所述圆弧型线螺杆转子考虑到热形变量，利用转子形状补偿工作过程中产生的热形变量。

本实用新型优点为：

1.本实用新型螺杆转子的齿顶圆包络线比齿根圆包络线长，有利于螺杆转子加工，提高了工艺性。

2.由于工作过程中转子排气端热形变量大，进气端热形变量小，本实用新型的阴阳转子外形预留转子工作过程中的热形变量，进气端大，排气端小，形成合理的装配间隙，利用转子形状补偿排气端较大热形变量，解决转子排气端热膨胀量对螺杆真空泵装配间隙的影响，使得泵在工作过程中返流量降低，即提高了螺杆真空泵抽气性能。

附图说明

图1为本实用新型示意图。

图2为螺杆转子型线示意图。

图3为阴转子和阳转子啮合传动示意图。

图4为本实用新型中实施例转子工作状态下径向热形变量云图。

图5为螺杆转子的结构示意图。

具体实施方式

参见图1所示，用于螺杆真空泵的圆弧型线螺杆转子由共轭传动的阳螺杆转子和阴螺杆转子组成，阳螺杆转子和阴螺杆转子结构相同且旋向相反，

阳、阴螺杆转子的型线分别由外圆弧共轭线1、内凹圆弧线2、齿根圆包络线3、点啮合摆线4和齿顶圆包络线5首尾光滑相连组成，参见图2，外圆弧共轭线1为ab段，内凹圆弧线2为bc段，齿根圆包络线3为cd段，点啮合摆线4为de段，齿顶圆包络线5为ea段。参见图5，共轭传动的螺杆转子的进气端直径大于排气端直径。

圆弧型线螺杆转子螺杆转子的结构参数如下：抽速150L/s，齿顶圆半径R＝90mm；齿根圆半径R_o＝30mm；节圆半径为(R+R_o)/2＝60mm；导程数为4；导程长度T为100mm；螺杆转子的工作区总长度L＝400m，利用径向热形变量分析结果确定η取-0.01mm比较合适，见图4。

外圆弧共轭线1的轴截面直角坐标系参数方程为：

外圆弧共轭线1方程中t表示坐标参数。

内凹圆弧线2的轴截面直角坐标系参数方程为：

bc段方程式中t表示坐标参数。

齿根圆包络线3的轴截面包络线形成：

cd段方程式中t表示坐标参数。

点啮合摆线包络线4的轴截面的形成：

de段方程式中t表示坐标参数。

齿顶圆包络线5的轴截面形成：

ea段方程式中t表示坐标参数。

参见图4，实例转子的最大径向热形变量为0.25mm，由此通过公式推导出优化后的转子排气端齿顶圆半径为89.75mm，进气端齿顶圆半径为90mm，即排气端装配间隙为0.4mm状态下，进气端装配间隙为0.15mm，平均间隙为0.275mm，比优化前减小了0.125mm，表征了泵在工作过程中的返流量降低，提高了泵的抽气性能。

参见图3，阳螺杆转子的外圆弧共轭线1和阴螺杆转子的内凹圆弧2啮合，阳螺杆转子的齿根圆包络线3和阴螺杆转子的齿顶圆包络线5啮合，阳螺杆转子的点啮合摆线4和阴螺杆转子的点e啮合。

本实用新型螺杆转子的bc段采用内凹圆弧线，不仅加工简单，而且使得转子曲线连续光滑，阳螺杆转子和阴螺杆转子完全符合啮合定理，且阳螺杆转子的端面型线和阴螺杆转子的端面型线完全相同，实现了同齿形阳螺杆转子和阴螺杆转子共轭。

端面型线扫掠出的转子啮合曲线，可以确定进、排气口间距，必须螺杆长度设计至少大于两个螺距。

阳螺杆转子和阴螺杆转子之间的中心距取齿顶圆半径与齿根圆半径之和，同时为两倍节圆大小，即两转子节圆相当于做纯滚动。

Claims (3)

1.用于螺杆真空泵的圆弧型线螺杆转子，其特征在于：由共轭传动的阳螺杆转子和阴螺杆转子组成，所述阳螺杆转子和阴螺杆转子结构相同且旋向相反，阳螺杆转子、阴螺杆转子的型线分别由依次首尾光滑相连的外圆弧共轭线、内凹圆弧线、齿根圆包络线、点啮合摆线、齿顶圆包络线构成，圆弧型线螺杆转子内部中心，圆弧型线螺杆转子中心轴线一端为进气端、另一端为排气端，且进气端直径大于排气端直径。

2.根据权利要求1所述的用于螺杆真空泵的圆弧型线螺杆转子，其特征在于：设外圆弧共轭线为ab段，内凹圆弧线为bc段，齿根圆包络线为cd段，点啮合摆线为de段，齿顶圆包络线为ea段；

1)所述外圆弧共轭线的轴截面直角坐标系参数方程为：

ab段：

ab段方程式中R为齿顶圆半径，R0为齿根圆半径，T为螺距长度，t表示坐标参数，节圆半径为(R+R₀)/2，

2)内凹圆弧线的轴截面直角坐标系参数方程为：

bc段：

bc段方程式中R为齿顶圆直径，R0为齿根圆直径，T为螺距长度，t表示坐标参数；

3)齿根圆包络线的轴截面包络线形成：

cd段：

cd段方程式中T为螺距长度，R0为齿根圆直径，t表示坐标参数；

4)点啮合摆线包络线的轴截面的形成：

de段：

de段方程式中方程中R为齿顶圆直径，R0为齿根圆直径，T为螺距长度，t表示坐标参数；

5)齿顶圆包络线的轴截面形成：

ea段：

ea段方程式中R为齿顶圆直径，T为螺距长度，t表示坐标参数。

3.根据权利要求1所述的用于螺杆真空泵的圆弧型线螺杆转子，其特征在于：所述圆弧型线螺杆转子考虑到热形变量，利用转子形状补偿工作过程中产生的热形变量。