CN208416941U - 一种爪式真空泵的直爪转子 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种爪式真空泵的直爪转子；该转子由11段曲线组成：4段圆弧、2段椭圆弧、2段椭圆弧包络线、1段摆线的等距曲线、1段线段和1段线段的包络线；该转子在爪顶、爪尖处采用椭圆弧与椭圆弧的包络线构建型线，在爪底处采用圆弧与摆线的等距曲线构建型线，相邻曲线之间均光滑连接，不存在不光滑的连接点，提高了直爪转子的力学性能、啮合性能和密封性能；相互啮合的2个转子完全相同且能够实现型线的正确啮合；该转子具有更小的余隙容积，提高了爪式真空泵的压缩比；爪顶处更加平坦，啮合范围大，啮合线长，进一步减小了磨损；该转子丰富了爪式转子的型线类型并促进了爪式真空泵的发展。

Description

一种爪式真空泵的直爪转子

技术领域

本实用新型涉及爪式真空泵，特别涉及一种爪式真空泵的直爪转子。

背景技术

爪式真空泵是一种在石化、医药、食品多领域中都有着广泛应用的干式真空泵，具有结构简单、运行平稳、噪音低的优点；爪式转子是爪式真空泵的核心部件，爪式转子由一对能够实现共轭啮合的转子组成，通过同步齿轮实现转子的同步异向双回转运动，实现工作腔容积的周期性变化，完成气体的吸入、压缩和排出过程，达到不断抽真空的目的。

爪式转子的组成型线和啮合性能直接决定了爪式真空泵的使用性能，常见的直爪转子型线由3段圆弧、2段摆线、1段线段和1段线段的包络线组成，直爪转子在爪臂处采用一段线段连接，提高了爪臂的力学性能，减小了爪臂处的应力集中，但是该转子型线存在3处尖点，造成直爪转子的力学性能和密封性能较差；为提高常见直爪转子的性能，中国专利(专利号：ZL201610880226.4)提出了一种全光滑的直爪爪式转子，该转子型线由6段圆弧、2段长幅外摆线的等距曲线、1段短幅外摆线的等距曲线、1段线段和1段线段的包络线组成，实现了所有曲线之间的光滑连接，不存在尖点，提高了转子的密封性能、力学性能和啮合性能；但是该对直爪转子在相互啮合时，由于余隙容积的存在，降低了爪式真空泵的效率，同时，爪顶处虽然由爪尖圆弧代替了尖点，但是啮合范围仍然不够平坦，啮合线较短，仍会导致一定程度的磨损。

实用新型内容

本实用新型为了进一步减小直爪转子的余隙容积，减小真空泵的压缩功耗，同时为了减小爪顶处的磨损，丰富直爪转子的型线类型，提出了一种爪式真空泵的直爪转子；本实用新型采用椭圆弧与椭圆弧的包络线以及圆弧和摆线的等距曲线构建直爪转子型线，实现了所有曲线之间的光滑连接，不存在尖点，有效避免了产生磨损、变形和应力集中的区域，同时提高了转子的密封性能、力学性能和啮合性能；在爪顶处采用1段椭圆弧连接爪顶圆弧和节圆圆弧，相比圆弧连接，椭圆弧连接使得爪顶处更为平坦，且啮合范围大，啮合线更长，减小了爪顶处的磨损；采用椭圆弧和椭圆弧包络线连接爪顶圆弧和爪底圆弧，有效减小了转子工作时产生的余隙容积，在减小真空泵压缩功耗的同时提高了爪式真空泵的压缩比；因此，该转子型线提高了转子的性能和使用寿命，使转子能够适用于更高转速、更高压力和更高温度的使用场合，对于丰富爪式转子型线类型和促进爪式真空泵的发展都具有重要的意义。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种爪式真空泵的直爪转子，包括：左直爪转子(1)和右直爪转子(2)，其特征是：左直爪转子(1)的组成型线包括11段曲线，按逆时针方向依次为：左第一椭圆弧包络线AB、左第一椭圆弧BC、左爪顶圆弧CD、左第二椭圆弧DE、左摆线的等距曲线EF、左线段FG、左节圆圆弧GH、左线段的包络线HI、左爪尖圆弧IJ、左第二椭圆弧包络线JK和左爪底圆弧KA；相邻曲线之间均光滑连接，不存在不光滑的连接点；左直爪转子(1)的组成型线与右直爪转子(2)的组成型线完全相同；在同步异向双回转运动的工作过程中，左直爪转子(1)的组成型线与右直爪转子(2)的组成型线能够实现正确的啮合，且啮合关系为：左直爪转子(1)的组成型线中的左第一椭圆弧包络线AB、左第一椭圆弧BC、左爪顶圆弧CD、左第二椭圆弧DE、左摆线的等距曲线EF、左线段FG、左节圆圆弧GH、左线段的包络线HI、左爪尖圆弧IJ、左第二椭圆弧包络线JK和左爪底圆弧KA，分别与右直爪转子(2)的组成型线中的右第一椭圆弧bc、右第一椭圆弧包络线ab、右爪底圆弧ka、右第二椭圆弧包络线jk、右爪尖圆弧ij、右线段的包络线hi、右节圆圆弧gh、右线段fg、右摆线的等距曲线ef、右第二椭圆弧de和右爪顶圆弧cd相啮合。

所述的一种爪式真空泵的直爪转子，第一初始椭圆弧的方程为：

式中：m₁为第一初始椭圆弧长半轴长度，n₁为第一初始椭圆弧短半轴长度；

第一初始椭圆弧包络线的方程为：

式中：

左第一椭圆弧BC的方程为：

式中：M_BC为第一旋转变换矩阵，如下：

左第一椭圆弧包络线AB的方程为：

式中：M_AB为第二旋转变换矩阵，如下：

第一旋转角度α由如下方程确定：

第二初始椭圆弧的方程为：

式中：m₂为第二初始椭圆弧长半轴长度，n₂为第二初始椭圆弧短半轴长度；

第二初始椭圆弧包络线的方程为：

式中：

左第二椭圆弧DE的方程为：

式中：M_DE为第三旋转变换矩阵，如下：

左第二椭圆弧包络线JK的方程为：

式中：M_JK为第四旋转变换矩阵，如下：

初始线段的包络线的方程为：

左线段的包络线HI的方程为：

式中：M_HI为第五旋转变换矩阵，如下：

其中，γ为第二旋转角度，由节圆与左第二椭圆弧DE的公切线E’G确定；

初始摆线的等距曲线的方程为：

其中，矩阵R₄为左爪尖圆弧IJ半径；

左摆线的等距曲线EF的方程为：

式中：M_EF为第六旋转变换矩阵，如下：

第三旋转角度ζ由以下公式确定：

其中，坐标(x₁,y₁)是下面两条曲线的交点：

以上：t—角度参数，rad。

本实用新型的有益效果为：

①所提出的直爪转子在爪顶处采用椭圆弧作为转子型线连接爪顶圆弧和节圆圆弧，使得爪顶处更为平坦，且啮合范围大，啮合线长，在工作过程中能够有效减小爪顶处的磨损；

②所提出的直爪转子采用椭圆弧和椭圆弧包络线连接爪顶圆弧与爪底圆弧，有效减小了工作过程中两直爪转子所形成的余隙容积，从而减小了压缩功耗，提高了真空泵的压缩比；

③所提出的直爪转子实现了所有曲线之间的光滑连接，不存在尖点，有效避免了磨损、变形和应力集中，同时提高了采用该直爪转子的真空泵的密封性能、力学性能和啮合性能；

④丰富了直爪转子的型线类型。

附图说明

图1是所提出的一种爪式真空泵的直爪转子的型线图。

图2是所提出的一种爪式真空泵的直爪转子的左转子的型线生成图。

图3是所提出的一种爪式真空泵的直爪转子的啮合图。

图4是与图3相错50°的所提出的一种爪式真空泵的直爪转子的啮合图。

图5是现有的一种全光滑的直爪爪式转子的型线图。

图6是所提出的一种爪式真空泵的直爪转子在工作过程中的余隙容积图。

图7是现有的一种全光滑的直爪爪式转子在工作过程中的余隙容积图。

图8是所提出的一种爪式真空泵的直爪转子在工作过程中的另一位置的余隙容积图。

图9是现有的一种全光滑的直爪爪式转子在工作过程中的另一位置的余隙容积图。

图10是所提出的一种爪式真空泵的直爪转子在爪顶处的组成型线图。

图11是现有的一种全光滑的直爪爪式转子在爪顶处的组成型线图。

图12是常见的直爪转子的型线图。

图中：R₁为爪顶圆弧半径；R₂为节圆半径；R₃为爪底圆弧半径；m₁为第一初始椭圆弧长半轴长度；n₁为第一初始椭圆弧短半轴长度；m₂为第二初始椭圆弧长半轴长度；n₂为第二初始椭圆弧短半轴长度；R₄为爪尖圆弧半径；α为第一旋转角度；β为爪顶圆弧角；γ为第二旋转角度；ζ为第三旋转角度；1、2为所提出的直爪转子。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，为所提出的一种爪式真空泵的直爪转子的型线图，按逆时针方向，转子型线依次为：第一椭圆弧包络线AB、第一椭圆弧BC、爪顶圆弧CD、第二椭圆弧DE、摆线的等距曲线EF、线段FG、节圆圆弧GH、线段的包络线HI、爪尖圆弧IJ、第二椭圆弧包络线JK和爪底圆弧KA；相邻曲线之间均光滑连接，不存在不光滑的连接点；提高了直爪转子的力学性能、啮合性能和密封性能。

如图2所示，为所提出的一种爪式真空泵的直爪转子的左转子的型线生成图，其转子型线的方程如下：

第一初始椭圆弧的方程为：

式中：m₁为第一初始椭圆弧长半轴长度，n₁为第一初始椭圆弧短半轴长度；

第一初始椭圆弧包络线的方程为：

式中：

左第一椭圆弧BC的方程为：

式中：M_BC为第一旋转变换矩阵，如下：

左第一椭圆弧包络线AB的方程为：

式中：M_AB为第二旋转变换矩阵，如下：

第一旋转角度α由如下方程确定：

第二初始椭圆弧的方程为：

式中：m₂为第二初始椭圆弧长半轴长度，n₂为第二初始椭圆弧短半轴长度；第二初始椭圆弧包络线的方程为：

式中：

左第二椭圆弧DE的方程为：

式中：M_DE为第三旋转变换矩阵，如下：

左第二椭圆弧包络线JK的方程为：

式中：M_JK为第四旋转变换矩阵，如下：

初始线段的包络线的方程为：

左线段的包络线HI的方程为：

式中：M_HI为第五旋转变换矩阵，如下：

其中，γ为第二旋转角度，由节圆与左第二椭圆弧DE的公切线E’G确定；初始摆线的等距曲线的方程为：

其中，矩阵R₄为左爪尖圆弧IJ半径；

左摆线的等距曲线EF的方程为：

式中：M_EF为第六旋转变换矩阵，如下：

第三旋转角度ζ由以下公式确定：

其中，坐标(x₁,y₁)是下面两条曲线的交点：

以上：t—角度参数，rad。

如图3、图4所示，为所提出的一种爪式真空泵的直爪转子在工作中各型线的啮合图；图3、图4所对应的主轴转角相错50°，即图3到图4，左直爪转子(1)顺时针旋转50°，右直爪转子(2)逆时针旋转50°；在图3中，左直爪转子(1)中的左第一椭圆弧包络线AB、左爪底圆弧KA、左第二椭圆弧包络线JK、和左爪尖圆弧IJ分别与右直爪转子(2)中的右第一椭圆弧bc、右爪顶圆弧cd、右第二椭圆弧de和右摆线的等距曲线ef相啮合，在图4中，左直爪转子(1)中的左第一椭圆弧BC、左爪顶圆弧CD、左第二椭圆弧DE和左摆线的等距曲线EF分别与右直爪转子(2)中的右第一椭圆弧包络线ab、右爪底圆弧ka、右第二椭圆弧包络线jk和右爪尖圆弧ij相啮合；除图中所示，左直爪转子(1)的剩余曲线与右直爪转子(2)的剩余曲线相啮合。

如图5所示，一种全光滑的直爪爪式转子，其型线包括11段曲线，按逆时针方向依次为：节圆圆弧GH、线段的包络线HI、第三爪尖圆弧IJ、摆线的等距曲线JK、爪底圆弧KA、摆线的等距曲线AB、第一爪尖圆弧BC、爪顶圆弧CD、第二爪尖圆弧DE、摆线的等距曲线EF和线段FG，相邻曲线之间实现了光滑连接，不存在不光滑连接点。

如图6、图7所示，为所提出的一种爪式真空泵的直爪转子在工作过程中形成的余隙容积及一种全光滑的直爪爪式转子在工作过程中形成的余隙容积，二者吸、排气口开设一致，爪顶圆弧角相等，且各椭圆弧的短半轴长度与各爪尖圆弧半径相等；余隙容积的存在会导致排气腔中的一部分被压缩气体无法排除而留在余隙容积中，导致压缩功耗的浪费，降低了爪式真空泵的工作效率；由于图6中所提出的一种爪式真空泵的直爪转子在工作过程中的余隙容积较图7中一种全光滑的直爪爪式转子在工作过程中的余隙容积更小，所以，所提出的直爪转子具有更小的压缩功耗、更高的工作效率及更大的压缩比。

如图8、图9所示，为所提出的一种爪式真空泵的直爪转子在工作过程中的另一位置的余隙容积及一种全光滑的直爪爪式转子在工作过程中的另一位置的余隙容积，二者吸、排气口开设一致，爪顶圆弧角相等，且各椭圆弧的短半轴长度与各爪尖圆弧半径相等；由于图8中所提出的一种爪式真空泵的直爪转子在图中位置处的余隙容积较图9中一种全光滑的直爪爪式转子在图中位置处的余隙容积更小，所以，所提出的直爪转子具有更小的压缩功耗、更高的工作效率及更大的压缩比。

如图10、图11所示，分别为所提出的一种爪式真空泵的直爪转子在爪顶处的组成型线及一种全光滑的爪式转子在爪顶处的组成型线；由图可见，在爪顶圆弧角相同、各椭圆弧的短半轴长度与各爪尖圆弧半径相等的情况下，相比全光滑的直爪爪式转子在爪顶处采用圆弧作为尖点的修正型线，所提出的直爪转子由于在爪顶处采用椭圆弧作为尖点的修正型线，使得爪顶处更为平坦，参与啮合的型线范围大，啮合线更长，有效减小了爪顶处的磨损。

如图12所示，常见的直爪转子型线由3段圆弧、2段摆线、1段线段和1段线段的包络线组成，按逆时针方向依次为：摆线AB、爪顶圆弧BC、摆线CD、节圆圆弧DE、线段的包络线EF、摆线FG和爪底圆弧GA；其中连接点B点、C点和F点为不光滑连接点，即尖点；尖点的存在易导致该区域产生磨损、变形、应力集中以及泄漏现象；由于所提出的一种爪式真空泵的直爪转子在B点、C点采用了椭圆弧修正，在F点采用了圆弧修正，实现了所有曲线的全光滑连接，使常见直爪转子中点与曲线的啮合变成了曲线与曲线的啮合，有效避免了尖点处磨损、变形、应力集中的出现，并且减小了泄漏量。

上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。

Claims (2)

1.一种爪式真空泵的直爪转子，包括：左直爪转子(1)和右直爪转子(2)，其特征是：左直爪转子(1)的组成型线包括11段曲线，按逆时针方向依次为：左第一椭圆弧包络线AB、左第一椭圆弧BC、左爪顶圆弧CD、左第二椭圆弧DE、左摆线的等距曲线EF、左线段FG、左节圆圆弧GH、左线段的包络线HI、左爪尖圆弧IJ、左第二椭圆弧包络线JK和左爪底圆弧KA；相邻曲线之间均光滑连接，不存在不光滑的连接点；左直爪转子(1)的组成型线与右直爪转子(2)的组成型线完全相同；在同步异向双回转运动的工作过程中，左直爪转子(1)的组成型线与右直爪转子(2)的组成型线能够实现正确的啮合，且啮合关系为：左直爪转子(1)的组成型线中的左第一椭圆弧包络线AB、左第一椭圆弧BC、左爪顶圆弧CD、左第二椭圆弧DE、左摆线的等距曲线EF、左线段FG、左节圆圆弧GH、左线段的包络线HI、左爪尖圆弧IJ、左第二椭圆弧包络线JK和左爪底圆弧KA，分别与右直爪转子(2)的组成型线中的右第一椭圆弧bc、右第一椭圆弧包络线ab、右爪底圆弧ka、右第二椭圆弧包络线jk、右爪尖圆弧ij、右线段的包络线hi、右节圆圆弧gh、右线段fg、右摆线的等距曲线ef、右第二椭圆弧de和右爪顶圆弧cd相啮合。

2.如权利要求1所述的一种爪式真空泵的直爪转子，其特征是：

第一初始椭圆弧的方程为：

式中：m₁为第一初始椭圆弧长半轴长度，n₁为第一初始椭圆弧短半轴长度；

第一初始椭圆弧包络线的方程为：

式中：

左第一椭圆弧BC的方程为：

式中：M_BC为第一旋转变换矩阵，如下：

左第一椭圆弧包络线AB的方程为：

式中：M_AB为第二旋转变换矩阵，如下：

第一旋转角度α由如下方程确定：

第二初始椭圆弧的方程为：

式中：m₂为第二初始椭圆弧长半轴长度，n₂为第二初始椭圆弧短半轴长度；

第二初始椭圆弧包络线的方程为：

式中：

左第二椭圆弧DE的方程为：

式中：M_DE为第三旋转变换矩阵，如下：

左第二椭圆弧包络线JK的方程为：

式中：M_JK为第四旋转变换矩阵，如下：

初始线段的包络线的方程为：

左线段的包络线HI的方程为：

式中：M_HI为第五旋转变换矩阵，如下：

其中，γ为第二旋转角度，由节圆与左第二椭圆弧DE的公切线E’G确定；

初始摆线的等距曲线的方程为：

其中，矩阵R₄为左爪尖圆弧IJ半径；

左摆线的等距曲线EF的方程为：

式中：M_EF为第六旋转变换矩阵，如下：

第三旋转角度ζ由以下公式确定：

其中，坐标(x₁,y₁)是下面两条曲线的交点：

以上：t—角度参数，rad。