CN2421430Y - 新型余摆线转子机 - Google Patents

Abstract

新型余摆线转子机是多角转子机械中的一种,为真空泵、鼓风机、压缩机或制冷技术领域。现有技术作用在轴上的弯曲应力无法消除,成为该机型发展的瓶颈。本发明是用偏心轴的结构,采用轻金属或非金属转子,重金属配重,采用全新的配重结构设计,在转子内部,在偏心轴上在转子与偏心轴惯性力的反方向设置一个配重来平衡其惯性力,可消除作用在偏心轴上的弯曲应力,提高整机的转速和效率,拓展其应用领域。

Description

新型余摆线转子机

本发明的名称为新型余摆线转子机，其名称也可为两角椭圆转子真空泵、鼓风机、压缩机，或者为次摆线真空泵、鼓风机、压缩机，或者为椭圆转子真空泵、鼓风机、压缩机。

本发明涉及的技术领域是多角转子机械中的一种。其技术领域也可为真空技术、风机技术、压缩机技术或制冷技术领域，可广泛用于国防、冶金、化工、建材、石油、制冷、食品、物料输送等产业技术领域。

现有技术仅见于真空行业用的两种油封式余摆线真空泵。一种是德国1972年批量生产的TR型真空泵，其结构见说明书附图图2。另一种是1975年我国产YZ-150型真空泵，其结构见说明书附图图1。这两种真空泵工作原理在《真空获得设备》一书中已有详尽的说明，见高等学校教学用书《真空获得设备》，由东北工学院杨乃恒主编，冶金工业出版社1987年4月出版。在真空泵技术领域内，余摆线真空泵的优点是其质心距回转中心的距离是定值，动平衡性好，可提高转速，一般均采用与电机直联，其尺寸小而抽速大，振动小，对气体中的微尘不太敏感。YZ-150型国产真空泵的使用情况已反映了上述优点。但是，现有的余摆线真空泵由于结构上的原因，轴和偏心轮构成了偏心轴，轴必须穿过小齿轮的内孔，轴径受到一定限制，其旋转惯性力偶矩虽然可以平衡，但存在的问题是转子与偏心轮的旋转惯性力作用在轴上，对轴形成相当大的弯曲应力。其大小为F=Meω²。式中F为作用在轴上的弯曲应力，M为转子和偏心轮偏心部分质量的和，e为偏心矩，ω为轴的转动角速度。现有技术余摆线真空泵均采用四极异步电机。若采用二极电机，则偏心轴上所受的弯曲应力将是使用四极电机时的4倍，是原来的轴所无法承受的。所以要想进一步提高转速、提高效率，拓展其应用领域确实是有一定难度的。

在鼓风机和压缩机领域内，余摆线鼓风机和压缩机在国内有关资料中均未见到。新型余摆线鼓风机和压缩机以其动平衡好，可大型化，可提高转速，机型比别的机型尺寸小，重量轻，运转时的噪声也小，在鼓风机和压缩机行业可增添新型的产品，填补这两个行业的部分产品空白。

本发明的目的是采用全新的结构设计，消除作用在偏心轴上的弯曲应力，提高偏心轴的强度和刚度，提高其转速、减少机组重量、提高效率，形成新型余摆线转子机，广泛应用于真空泵、鼓风机和压缩机系列的产品。

本实用新型的技术方案为：

1、现有技术余摆线真空泵采用的配重方法是在细长光轴的两端在旋转惯

性力的反方向设置两个配重来平衡转子的旋转惯性力，见说明书附图

图1所示3号件对重块，即为本文所说的配重，也有称之为平衡重的。

3号件为左配重，20号件键所固定的为右配重未标示。也可见说明书

附图图2所示5号件与14号件对重。本发明采用偏心轴代替了细长光

轴加偏心轮的结构，在转子内部，在偏心轴上在转子与偏心轴惯性力

的反方向设置一个配重来平衡其惯性力，即可消除转子与偏心轴惯性

力作用在偏心轴上的弯曲应力，提高了偏心轴的强度和刚度。这对提

高整机的转速，减小重量，提高效率是十分重要的。2、现有技术余摆线真空泵的转子采用的材料是与壳体同样的，一般采用

铸铁材料，其成本较低，热膨胀系数与壳体相同，有利于密封，但其

密度大，运转中产生的旋转惯性力也大。本发明要在转子内部，在偏

心轴上在转子与偏心轴惯性力的反方向加配重，则必须减小转子与偏

心轴的转动惯性力，为此转子的材料选用轻金属材料或非金属材料，

如采用铝合金或尼龙材料，同时对偏心轴的偏心部分打减质孔，以减

小转子和偏心轴的转动惯性力。3、本发明要在转子内部，在偏心轴上在转子与偏心轴惯性力的反方向加

配重，由于受转子尺寸的限制，配重就必须采用重金属材料来制作，

如采用金属铅、铅合金、钨合金或其他重金属，才可能在转子内部实

现对偏心轴和转子转动惯性力的平衡。4、现有技术余摆线真空泵由于是油封式的真空泵仅在壳体型腔的尖点处

设置了密封条，而端面没有设置密封装置，用于鼓风机和压缩机系列

产品时其内泄漏将会比较大。本发明可在转子的端面增加气封环和油

封环，每个端面1～2条气封环和1～2条油封环，其沿轴向看气封环

为椭圆形，油封环为圆形，以满足不同机型的工作需要。5、现有技术余摆线真空泵仅生产了一个转子的机型(我们将一个转子的

机型称为单缸机，多个转子的机型称为多缸机)。本发明为从单缸机向

多缸机发展，简化结构和降低成本，多缸机型的相位齿轮分别设置在

两个转子的外侧，相位齿轮的小齿轮内孔可设置轴瓦，作偏心轴的支

撑轴承座使用。本发明可设计多缸机来适应多种产品的需要。

以下结合说明书附图对本发明与现有技术的区别作进一步的说明：

现有技术余摆线真空泵惯性力的平衡方法如说明书附图图3所示，其中M为转子与偏心轮偏心部分的质量中心，mF为左配重质量中心，mR为右配重质量中心，rF为mF与旋转轴线的距离，rR为mR与旋转中心的距离，e为M与旋转中心的距离，也称偏心矩，a为mF与M的距离，b为mR与M的距离，L为mF与mR间的距离。采用的平衡方法是在轴的两端，在旋转惯性力的反方向设置两个配重来平衡转子与偏心轮的旋转惯性力。其平衡条件为力偶的平衡： $\mathrm{mF}\•\mathrm{rF}=\frac{b}{L}\mathrm{Me}$ $\mathrm{mR}\•\mathrm{rR}=\frac{a}{L}\mathrm{Me}$ 根据平衡条件确实可达到惯性力偶的平衡。但是事实上转子、偏心轮与配重对轴的旋转惯性力并没有消除，它们对轴形成了较大的弯曲应力。由于结构的限制，轴的一端要穿过小齿轮，其轴径不能很大，轴的强度与刚度本来就显不足。如德国产TR型真空泵为加强轴的强度和刚度，特别增设了支撑肩和支撑环，见说明书附图图2中6号与15号件。本发明是在转子内部，在偏心轴上在转子与偏心轴惯性力的反方向设置一个配重来平衡其惯性力。见说明书附图图4、图5中6所示，其中Mz为转子与偏心轴的偏心部分的质量中心，Mp为配重质量中心，e为Mz与旋转中心的距离，b为Mp与旋转中心的距离，Z为转子的外廓。转动惯性力偶的平衡条件为：

            Mz·e=Mp·b由于在同一旋转平面内，其平衡的效果是显而易见的，不但对转子与偏心轴偏心部分的惯性力偶可以平衡，更重要的是可以消除惯性力作用在偏心轴上的弯曲应力，这是本发明的核心，现有技术余摆线真空泵数十年未能有大的改进，未能向其他应用领域拓展，其主要原因或许就在于此。因为Mz与Mp对偏心轴的应力可以完全抵消，这对增强轴的强度与刚度，提高机组的转速和效率，减小运转噪声，拓展其应用领域是十分有益的。

说明书附图说明：

附图1，该图是国产YZ-150型真空泵的结构图，其图中所标序号为：1端盖、2密封环、3对重块、4轴承压盖、5轴承座、6油封、7轴盖、8键、9半联轴器、10小齿轮、11内齿圈、12衬套、13上盖、14泵体、15密封环、16转子、17偏心轮、18堵塞、19轴承压盖、20键、21密封滑片、22入口盲板、23螺塞、24安全罩、25下盖、26排气阀座、27阀片、28限位片、29放水塞。注：序号20键所固定的为另一对重块，该对重块未用序号标出，另外固定偏心轮的轴也未用序号标出。

附图2，该图是德国产TR型真空泵结构图，其图中所标序号为：1排气阀、2泵体、3端盖、4转子、5对重、6支承肩、7轴承、8轴、9端盖、10偏心轮、11内齿圈、12密封条、13小齿轮、14对重、15支承环、16键。

对图1与图2的说明。①从图中可看出这两种产品均采用了细长光轴加偏心轮的结构来驱动转子的运动，这种结构对降低轴的生产成本是有利的，但对轴的强度和刚度是不利的。②可看出其对转子与偏心轮的旋转惯性力的平衡是通过在轴的两端设置两个对重，即配重来平衡的。③可看出其相位齿轮-在图1、图2中称为内齿圈与小齿轮，是设置在动力的输入端，即转子的左端，轴要穿过小齿轮的内孔，故轴的直径是受限制的。④可看出图2为增加细长轴的强度与刚度，相对图1增加了6号件支承肩和15号件支承环。

图3为上述两种产品对转子与偏心轮的旋转惯性力平衡的示意图，由图中可看出其虽然对旋转惯性力偶可平衡，但对旋转惯性力作用在轴上的弯曲应力却不能消除。

固4为本发明对转子与偏心轴偏心部分所形成的旋转惯性力的平衡示意图，由图中可看出其不但可对其旋转惯性力偶平衡，由于Mz与Mp在同一旋转平面中，Mz与Mp对偏心轴的弯曲应力也可以完全抵消，也就是说可消除旋转惯性力作用在偏心轴上的弯曲应力。

图5为本发明的单缸机结构示意图，其中所标序号为1偏心轴，2前轴承盖，3前端盖，4壳体，5转子，6配重，7大齿轮，8小齿轮，9后端盖，10后轴承盖，11进气口，12调整垫，13弹簧，14密封条，15排气阀组件，16排气口。由图中可看出6号件配重是在转子内部，在右图中可看出配重为扇形。

图6为本发明的双缸机示意图，其中所标序号为1偏心轴2前轴承盖3前端盖4转子5前壳体6中隔板7后壳体8配重块9大齿轮10小齿轮11后端盖12后轴承盖。本图未示出横剖面图，可参考图五的横剖面图，其中的排气阀组件、进气口、排气口、整体尺寸与结构可根据不同的机型和不同用户的需要而设计。通过在转子内部，在偏心轴上在转子与偏心轴惯性力的反方向加配重来平衡转子的转动惯性力，可有效地简化单缸机或多缸机的动平衡计算，容易构成多缸机。更重要的是能以有限的零部件构成多排量、多压力范围的机型来，有利于标准化、批量生产与维修，适应不同行业的各种需要。以YZ-150型真空泵来举例，单缸时，其排量为150升/秒，两缸为300升/秒，四缸为600升/秒。这可覆盖相当范围的应用领域。该设计思想也可贯穿于鼓风机和压缩机的应用领域。通过多缸机的不同组合形成更多的机型。以TG-50鼓风机举例，单缸时排量为50立方米/分。双缸时有两种不同的组合，一种是并联工作，其排量为100立方米/分，工作压力暂定为2公斤/平方厘米；另一种是串联工作，其排量为50立方米/分，工作压力可接近4公斤/平方厘米。当缸数增多时，所构成的机型就更多了。

实施本发明的最好方式是采用图5与图6的结构方式。其共同的结构特点①采用偏心轴代替了细长光轴加偏心轮的结构，这样可提高轴的强度与刚度。见图5中序号为1偏心轴，见图1中17号件偏心轮，图2中8号件轴与10号件偏心轮，但图1中对安装偏心轮的细长光轴没有标出序号。②将相位齿轮--在图1、图2、图5中称为内齿圈或大齿轮和小齿轮，设置在转子的右端，图1和图2是设置在转子的左边，图5设置在右边的优点是轴的动力输入端直径可以加大，其强度与刚度都得以加强。③由图5可看出配重是设置在转子内部在偏心轴上在转子和偏心轴惯性力的反方向，在转子内部在偏心轴上设置一个配重，消除偏心轴上的弯曲应力，这是本发明最重要的设计构思。④在上述的设计构思情况下，由于受结构的限制，必须采用轻金属或非金属材料的转子和采用重金属材料的配重来平衡转子与偏心轴偏心部分所产生的旋转惯性力。⑤为使该产品的应用领域能拓展到风机和压缩机的产品领域，在转子的端面可增加气封环和油封环。注：上述气封环和油封环在图5中均未示出。⑥选用同步转速为3000转/分的二极异步电机与本机直联，或选用更高转速的发动机与本机直联。⑦若采用图7所示的双缸机的方案，则可通过使用相对较少的零部件，构成多品种的机型。通过采取①～⑦的新结构设计，消除了偏心轴上的弯曲应力，相对现有技术可提高机组的转速和效率，拓展产品的应用领域。

Claims (5)

1、一种新型余摆线转子机，其特征是采用偏心轴结构，在转子内部，在偏心轴上在转子与偏心轴惯性力的反方向设置一个配重来平衡其惯性力，可消除转子惯性力作用在偏心轴上的弯曲应力。

2、按权利要求1规定的新型余摆线转子机，用于真空泵、鼓风机和压缩机，其特征是转子选用轻金属材料或非金属材料，并对偏心轴的偏心部分打减质孔。

3、按权利要求1规定的新型余摆线转子机，用于真空泵、鼓风机和压缩机，其特征是在偏心轴上所加的配重采用重金属材料来制作。

4、按权利要求1规定的新型余摆线转子机，用于真空泵、鼓风机和压缩机，其特征是可在转子端面增加气封环和油封环，每个端面1～2条气封环和1～2条油封环，其沿轴向看气封环为椭圆形，油封环为圆形。

5、按权利要求1规定的新型余摆线转子机，用于真空泵、鼓风机和压缩机，可构成多缸机，特征是采用两个以上转子的机型，相位齿轮的小齿轮内孔可设置轴瓦，作为偏心轴的支撑轴承座。

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