CN208456850U - 一种分段圆弧型罗茨转子 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种分段圆弧型罗茨转子，左罗茨转子(Ⅰ)与右罗茨转子(Ⅱ)完全相同，左罗茨转子(Ⅰ)的型线由12段曲线组成，包括：左第一齿根圆弧AB、左第一齿侧圆弧包络线BC、左第一齿侧圆弧CD、左第一齿顶圆弧DE、左第二齿侧圆弧EF、左第二齿侧圆弧包络线FG、左第二齿根圆弧GH、左第三齿侧圆弧包络线HI、左第三齿侧圆弧IJ、左第二齿顶圆弧JK、左第四齿侧圆弧KL和左第四齿侧圆弧包络线LA，任意两条相邻曲线之间光滑连接；两个相同的转子在做同步异向双回转运动的过程中能够实现完全正确的啮合，保证了罗茨转子具有良好的气密性；转子的齿峰部分采用3段圆弧式组合使转子具有高的面积利用率和设计灵活性。

Description

一种分段圆弧型罗茨转子

技术领域

本实用新型涉及罗茨真空泵，特别涉及适用于罗茨真空泵的一种分段圆弧型罗茨转子。

背景技术

罗茨真空泵属于容积式真空泵中的一种，具有干式无油、结构简单紧凑和抽速大的优点，在石油化工、制药、电子、航空航天领域具有广泛应用。罗茨真空泵的核心部件是两个相互啮合的罗茨转子，在工作过程中，2个能够相互啮合的罗茨转子做同步异向双回转运动，在吸入端产生真空，形成压力差，从而实现气体的吸入和排出。因此，罗茨转子的型线设计对罗茨真空泵的工作性能有显著影响。

目前常用的罗茨转子有圆弧-渐开线型、圆弧-圆弧包络线型和摆线型转子。其中，圆弧-圆弧包络线型转子的型线组成简单，具有广泛应用。但是由于圆弧-圆弧包络线型转子的型线位于节圆外的部分仅为一条圆弧，其曲率半径大，使得转子存在面积利用系数低的问题。同时，圆弧-圆弧包络线型转子型线设计受转子外圆半径R₁与节圆半径R₂之比的限制，转子设计灵活性差。

文献Wang P Y,Fong Z H,Fang H S.Design constraints of five-arc Rootsvacuum pumps[J].Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers,PartC:Journal of Mechanical Engineering Science,2002,216(2):225-234.研究了一种5段圆弧型罗茨转子，其转子齿峰部分由5段光滑连接的圆弧组成，提高了转子的密封性能，但是由于其位于转子顶部的圆弧的圆心位于转子的回转中心，导致转子面积利用系数降低，同时转子型线的每一叶在节圆外都包括五段圆弧，使得转子型线组成复杂，转子型线求解困难。

实用新型内容

为了解决转子面积利用系数低、型线组成复杂和转子设计灵活性差的问题，也为了丰富罗茨转子型线的类型，本实用新型提出一种分段圆弧型罗茨转子。在转子的齿峰部分采用三段圆弧式组合，在保证转子齿侧圆弧与齿顶圆弧之间光滑连接同时，实现转子全部型线的正确啮合，罗茨转子采用三段圆弧式设计提高了转子的面积利用率，改善了转子设计的灵活性。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种分段圆弧型罗茨转子，包括：左罗茨转子(Ⅰ)和右罗茨转子(Ⅱ)；左罗茨转子(Ⅰ)与右罗茨转子(Ⅱ)完全相同，左罗茨转子(Ⅰ)关于x轴、y轴均对称；左罗茨转子(Ⅰ)的组成型线包括：8段圆弧和4段圆弧包络线，按逆时针方向依次为：左第一齿根圆弧AB、左第一齿侧圆弧包络线BC、左第一齿侧圆弧CD、左第一齿顶圆弧DE、左第二齿侧圆弧EF、左第二齿侧圆弧包络线FG、左第二齿根圆弧GH、左第三齿侧圆弧包络线HI、左第三齿侧圆弧IJ、左第二齿顶圆弧JK、左第四齿侧圆弧KL和左第四齿侧圆弧包络线LA，其中任意两条相邻曲线光滑连接；

左罗茨转子(Ⅰ)上的左第一齿根圆弧AB、左第一齿顶圆弧DE、左第二齿根圆弧GH和左第二齿顶圆弧JK的圆心角相等，均为2θ，半径相等，均为R₁-R₂，其中，R₁为转子外圆半径，mm；R₂为节圆半径，mm；点C、点I分别为第一、三象限的角平分线与节圆在第一、三象限的交点，点F、点L分别为第二、四象限的角平分线与节圆在第二、四象限的交点。

左罗茨转子(Ⅰ)和右罗茨转子(Ⅱ)在做同步异向双回转运动中能够实现完全正确的啮合，啮合关系为：左罗茨转子(Ⅰ)上的左第一齿根圆弧AB、左第一齿侧圆弧包络线BC、左第一齿侧圆弧CD、左第一齿顶圆弧DE、左第二齿侧圆弧EF、左第二齿侧圆弧包络线FG、左第二齿根圆弧GH、左第三齿侧圆弧包络线HI、左第三齿侧圆弧IJ、左第二齿顶圆弧JK、左第四齿侧圆弧KL和左第四齿侧圆弧包络线LA分别与右罗茨转子(Ⅱ)上的右第一齿顶圆弧ab、右第一齿侧圆弧bc、右第一齿侧圆弧包络线cd、右第一齿根圆弧de、右第二齿侧圆弧包络线ef、右第二齿侧圆弧fg、右第二齿顶圆弧gh、右第三齿侧圆弧hi、右第三齿侧圆弧包络线ij、右第二齿根圆弧jk、右第四齿侧圆弧包络线kl和右第四齿侧圆弧la对应啮合。

左罗茨转子(Ⅰ)的型线的组成曲线的方程如下：

①左第一齿根圆弧AB的方程为：

②左第一齿侧圆弧CD的方程：

圆心点P的坐标(x_P，y_P)值为以下方程组的解：

半径R_CD由下式确定：

③左第一齿侧圆弧包络线BC的方程：

其中：

④左第一齿顶圆弧DE的方程为：

左罗茨转子(Ⅰ)关于x轴和y轴均对称，根据对称性得到左第二齿根圆弧GH、左第二齿顶圆弧JK、左第二齿侧圆弧EF、左第三齿侧圆弧IJ、左第四齿侧圆弧KL、左第二齿侧圆弧包络线FG、左第三齿侧圆弧包络线HI和左第四齿侧圆弧包络线LA的方程；

以上：t—角度参数，rad。

本实用新型的有益效果是：

①分段圆弧型转子型线的各相邻组成曲线之间光滑连接，不存在尖点；

②分段圆弧型转子型线的所有组成曲线全部参与啮合，具有良好的气密性；

③分段圆弧型转子的面积利用率相比于常见的圆弧-圆弧包络线型转子有显著提高；

④丰富了罗茨转子的型线类型。

附图说明

图1为分段圆弧型罗茨转子图。

图2为左第一齿侧圆弧CD的求解图。

图3为分段圆弧型罗茨转子啮合图。

图4为不同半圆弧圆心角θ下的分段圆弧型罗茨转子图。

图5为分段圆弧型罗茨转子的运动轨迹图。

图中：Ⅰ—左罗茨转子；Ⅱ—右罗茨转子；R₁—转子外圆半径，mm；R₂—节圆半径，mm；R_CD—左第一齿侧圆弧CD的半径，mm；θ—齿顶圆弧、齿根圆弧圆心角的一半，rad；M—左第一齿顶圆弧DE的圆心；P—左第一齿侧圆弧CD的圆心。

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，左罗茨转子(Ⅰ)的组成型线包括：8段圆弧、4段圆弧包络线，按逆时针方向依次为：左第一齿根圆弧AB、左第一齿侧圆弧包络线BC、左第一齿侧圆弧CD、左第一齿顶圆弧DE、左第二齿侧圆弧EF、左第二齿侧圆弧包络线FG、左第二齿根圆弧GH、左第三齿侧圆弧包络线HI、左第三齿侧圆弧IJ、左第二齿顶圆弧JK、左第四齿侧圆弧KL和左第四齿侧圆弧包络线LA，其中任意两条相邻曲线光滑连接。

左罗茨转子(Ⅰ)上的左第一齿根圆弧AB、左第一齿顶圆弧DE、左第二齿根圆弧GH和左第二齿顶圆弧JK的圆心角均为2θ，半径均为R₁-R₂；点C、点I分别为第一、三象限的角平分线与节圆在第一、三象限的交点，点F、点L分别为第二、四象限的角平分线与节圆在第二、四象限的交点。

左罗茨转子(Ⅰ)型线的组成曲线的方程如下：

①左第一齿根圆弧AB的方程为：

②左第一齿顶圆弧DE的方程为：

③左第一齿侧圆弧CD的方程：

如图2所示，左第一齿侧圆弧CD的圆心点P由线段CD的垂直平分线NP与圆弧DE的半径DM的延长线的交点确定；左第一齿侧圆弧CD的半径R_CD即为线段PC的长度。

点P的坐标(x_P，y_P)由以下方程组确定：

半径R_CD由下式确定：

④左第一齿侧圆弧包络线BC的方程：

其中：

左罗茨转子(Ⅰ)关于x轴、y轴均对称，根据对称性得到左第二齿根圆弧GH、左第二齿顶圆弧JK、左第二齿侧圆弧EF、左第三齿侧圆弧IJ、左第四齿侧圆弧KL、左第二齿侧圆弧包络线FG、左第三齿侧圆弧包络线HI和左第四齿侧圆弧包络线LA的方程；

以上：t—角度参数，rad；

如图3所示，为左罗茨转子(Ⅰ)和右罗茨转子(Ⅱ)的啮合图，左罗茨转子(Ⅰ)和右罗茨转子(Ⅱ)相同；左罗茨转子(Ⅰ)和右罗茨转子(Ⅱ)在做同步异向双回转运动中能够实现完全正确的啮合，啮合关系为：左罗茨转子(Ⅰ)上的左第一齿根圆弧AB、左第一齿侧圆弧包络线BC、左第一齿侧圆弧CD、左第一齿顶圆弧DE、左第二齿侧圆弧EF、左第二齿侧圆弧包络线FG、左第二齿根圆弧GH、左第三齿侧圆弧包络线HI、左第三齿侧圆弧IJ、左第二齿顶圆弧JK、左第四齿侧圆弧KL和左第四齿侧圆弧包络线LA分别与右罗茨转子(Ⅱ)上的右第一齿顶圆弧ab、右第一齿侧圆弧bc、右第一齿侧圆弧包络线cd、右第一齿根圆弧de、右第二齿侧圆弧包络线ef、右第二齿侧圆弧fg、右第二齿顶圆弧gh、右第三齿侧圆弧hi、右第三齿侧圆弧包络线ij、右第二齿根圆弧jk、右第四齿侧圆弧包络线kl和右第四齿侧圆弧la对应啮合。

如图4所示，不同半圆弧圆心角θ下的分段圆弧型罗茨转子图，其中R₁/R₂＝1.52；当θ＝0°时，为常见的圆弧型转子，所对应的转子的面积利用率(面积利用率的计算公式为(A₁-A₂)/A₁，其中A₁为转子外圆面积，A₂为转子的横截面积)为0.5171；当θ＝15°时，所对应的转子的面积利用率为0.5213；当θ＝30°时，所对应的转子的面积利用率为0.5256；可见，通过增大半圆弧圆心角θ能够提高转子的面积利用率。

如图5所示，为分段圆弧型罗茨转子的运动轨迹图，能够验证两转子在工作过程中能够实现正确的啮合。

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 (3)

1.一种分段圆弧型罗茨转子，包括：左罗茨转子(Ⅰ)和右罗茨转子(Ⅱ)，其特征是：左罗茨转子(Ⅰ)与右罗茨转子(Ⅱ)完全相同，左罗茨转子(Ⅰ)关于x轴和y轴均对称；左罗茨转子(Ⅰ)的组成型线包括：8段圆弧和4段圆弧包络线，按逆时针方向依次为：左第一齿根圆弧AB、左第一齿侧圆弧包络线BC、左第一齿侧圆弧CD、左第一齿顶圆弧DE、左第二齿侧圆弧EF、左第二齿侧圆弧包络线FG、左第二齿根圆弧GH、左第三齿侧圆弧包络线HI、左第三齿侧圆弧IJ、左第二齿顶圆弧JK、左第四齿侧圆弧KL和左第四齿侧圆弧包络线LA，其中相邻曲线全部光滑连接；

左罗茨转子(Ⅰ)上的左第一齿根圆弧AB、左第一齿顶圆弧DE、左第二齿根圆弧GH和左第二齿顶圆弧JK的圆心角相等，均为2θ，且半径相等，均为R₁-R₂，其中，R₁为转子外圆半径，mm；R₂为节圆半径，mm；点C、点I分别为第一、三象限的角平分线与节圆的交点，点F、点L分别为第二、四象限的角平分线与节圆的交点。

2.根据权利要求1所述的一种分段圆弧型罗茨转子，其特征是：左罗茨转子(Ⅰ)和右罗茨转子(Ⅱ)在做同步异向双回转运动中能够实现完全正确的啮合，啮合关系为：左罗茨转子(Ⅰ)上的左第一齿根圆弧AB、左第一齿侧圆弧包络线BC、左第一齿侧圆弧CD、左第一齿顶圆弧DE、左第二齿侧圆弧EF、左第二齿侧圆弧包络线FG、左第二齿根圆弧GH、左第三齿侧圆弧包络线HI、左第三齿侧圆弧IJ、左第二齿顶圆弧JK、左第四齿侧圆弧KL和左第四齿侧圆弧包络线LA分别与右罗茨转子(Ⅱ)上的右第一齿顶圆弧ab、右第一齿侧圆弧bc、右第一齿侧圆弧包络线cd、右第一齿根圆弧de、右第二齿侧圆弧包络线ef、右第二齿侧圆弧fg、右第二齿顶圆弧gh、右第三齿侧圆弧hi、右第三齿侧圆弧包络线ij、右第二齿根圆弧jk、右第四齿侧圆弧包络线kl和右第四齿侧圆弧la对应啮合。

3.根据权利要求1所述的一种分段圆弧型罗茨转子，其特征是：左罗茨转子(Ⅰ)型线的组成曲线的方程为：

①左第一齿根圆弧AB的方程为：

②左第一齿侧圆弧CD的方程：

圆心点P的坐标(x_P，y_P)值为以下方程组的解：

半径R_CD由下式确定：

③左第一齿侧圆弧包络线BC的方程：

其中：

④左第一齿顶圆弧DE的方程为：

左罗茨转子(Ⅰ)关于x轴和y轴均对称，根据对称性得到左第二齿根圆弧GH、左第二齿顶圆弧JK、左第二齿侧圆弧EF、左第三齿侧圆弧IJ、左第四齿侧圆弧KL、左第二齿侧圆弧包络线FG、左第三齿侧圆弧包络线HI和左第四齿侧圆弧包络线LA的方程；

以上：t—角度参数，rad。