CN2538980Y - 一种齿形螺杆 - Google Patents

Abstract

一种齿形螺杆，涉及一种螺杆泵中的齿形螺杆的技术领域，其包括螺杆体和沿螺杆体外侧的齿形，螺杆径向截面上的齿形曲线为abcde曲线，其中a、e在齿顶圆上，c、d在齿根圆上，曲线ae为齿顶圆的圆弧，曲线cd为齿根圆的圆弧，所述曲线ab为延伸渐开线，曲线bc为延长摆线，曲线ed为延长摆线。本实用新型由于采用了延伸渐开线与延长摆线结构，因此加工容易，便于批量生产；再者，还可以提高螺杆精度，使螺杆泵的泄漏量小，效率、压力高，运行平稳，噪声低；与三螺杆泵相比，只需一个螺距就可以自成密封腔，因此尺寸小，结构紧凑，且刚度高，可用于单头、双头及多头螺杆泵。

Description

一种齿形螺杆

技术领域

本实用新型涉及一种流体输送泵中的螺杆，尤其指一种螺杆泵中的齿形螺杆的技术领域。

背景技术

现有的螺杆泵一般有三种形式，即单螺杆、双螺杆和三螺杆。由熊则男和齐宗亮在1995年4月编写出版的《回转式压缩机与泵》中可知，单螺杆泵的螺杆偏心设置，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，因此其加工工艺复杂，输送介质时的输送压力也低。为此，一种双螺杆的泵被设计出来，如中国专利号99201251的《具有新齿形型线的双螺杆泵螺杆》和专利号为96236524的《一种新型齿形螺杆》，前者的螺杆采用摆线齿形结构，虽然可以较大幅度的提高输送压力，但其工艺性能仍然很差；而后者的螺杆采用阿基米德螺杆齿形，其工艺性较好，但性能和通用性不是很理想。目前应用最广的是三螺杆泵，该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

本实用新型所要解决的技术问题是克服上述缺陷，提供一种工艺性好、泄漏小，工作压力高、运行平稳的齿形螺杆。

本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为：该齿形螺杆包括螺杆体和沿螺杆体外侧的齿形，螺杆径向截面上的齿形曲线为abcde曲线，其中a、e在齿顶圆上，c、d在齿根圆上，曲线ae为齿顶圆的圆弧，曲线cd为齿根圆的圆弧，所述曲线ab为延伸渐开线，曲线bc为延长摆线，曲线ed为延长摆线，所述的螺杆的长度大于两个螺距的长度。

所述的延长摆线bc、ed的曲线形状相同，方向相反。

所述各曲线的形成方式如下：

(1)延长摆线ed的形成：

   x＝Rsin2ψ-2rsinψ

   y＝rcos2ψ-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_α)+2rsin(2ψ-φ_α)y＝-Rcos(2ψ-φ_α)+2rcos(2ψ-φ_α)φ＝ψ-β ${\mathrm{\φ}}_{\mathrm{\α}}=\mathrm{\π}-\frac{1}{2}({\cos }^{-1}\frac{{\mathrm{ob}}^2+{4r}^2-R^2}{4r\·\mathrm{ob}}-{\cos }^{-1}\frac{{4r}^2+R^2-{\mathrm{ob}}^2}{4\mathrm{Rr}}+\mathrm{tg}\left({\cos }^{-1}\frac{R_0}{R}\right)$ $-{\cos }^{-1}\frac{R_0}{R}-\mathrm{tg}\left({\cos }^{-1}\frac{R_0}{\mathrm{ob}}\right)+{\cos }^{-1}\frac{R_0}{\mathrm{ob}})$ $\mathrm{ob}=\sqrt{R_0^2+{(2\sqrt{r^2-R_0^2}-\sqrt{R^2-R_0^2})}^2}$ 式中：φ_α-延伸渐开线ab与齿顶圆交点a处的极角

   ob-b处的极径(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)延伸渐开线ab的形成： $\mathrm{\&rho;}=\frac{R_0}{\cos \mathrm{\&alpha;}\cos \mathrm{\&gamma;}}$ ${\mathrm{\&phi;}}_{\mathrm{\&alpha;}}+\mathrm{tg}\left({\cos }^{-1}\frac{R_0}{R}\right)-{\cos }^{-1}\frac{R_0}{R}-\mathrm{\&phi;}=\mathrm{tg\&alpha;}-\mathrm{\&alpha;}$ $({\mathrm{\&phi;}}_{\mathrm{\&alpha;}}\&le;\mathrm{\&phi;}<{\mathrm{\&phi;}}_{\mathrm{\&alpha;}}+\mathrm{tg}\left({\cos }^{-1}\frac{R_0}{R}\right)-{\cos }^{-1}\frac{R_0}{R}$ 式中：α-延伸渐开线ab的压力角

  γ-螺杆的螺旋面的螺旋角与现有技术相比，本实用新型的优点在于：由于采用了延伸渐开线与延长摆线结构，因此加工容易，便于批量生产；再者，还可以提高螺杆精度，使螺杆泵的泄漏量小，效率、压力高，运行平稳，噪声低；与三螺杆泵相比，只需一个螺距就可以自成密封腔，因此尺寸小，结构紧凑，且刚度高。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型的径向截面示意图；

图3是本实用新型的两个螺杆作纯滚动时啮合状态示意图；

图4是本实用新型的两个螺杆作纯滚动时啮合曲线示意图；

图5是本实用新型两个螺杆作纯滚动时啮合曲线的侧向示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对实用新型作进一步详细描述。

螺杆的结构形状参见图1和图2，该齿形螺杆包括螺杆体和沿螺杆体外侧的齿形，曲线abode为螺杆径向截面上的齿形曲线，a、e在齿顶圆上，c、d在齿根圆上，曲线ae为齿顶圆的圆弧，曲线cd为齿根圆的圆弧，齿顶圆弧线ae一端a点和齿根圆弧线cd一端c点间由延伸渐开线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。

参见图3，当螺杆7的节圆II沿螺杆6的节圆I作纯滚动时，螺杆7上与螺杆6中的e点对应点e′的轨迹即为延长摆线ed，而与螺杆6中的a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＝rcos2ψ-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-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_α)+2rsin(2ψ-φ_α)

y＝-Rcos(2ψ-φ_α)+2rcos(2ψ-φ_α)

φ＝ψ-β ${\mathrm{\&phi;}}_{\mathrm{\&alpha;}}=\mathrm{\&pi;}-\frac{1}{2}({\cos }^{-1}\frac{{\mathrm{ob}}^2+{4r}^2-R^2}{4r\&CenterDot;\mathrm{ob}}-{\cos }^{-1}\frac{{4r}^2+R^2-{\mathrm{ob}}^2}{4\mathrm{Rr}}+\mathrm{tg}\left({\cos }^{-1}\frac{R_0}{R}\right)$ $-{\cos }^{-1}\frac{R_0}{R}-\mathrm{tg}\left({\cos }^{-1}\frac{R_0}{\mathrm{ob}}\right)+{\cos }^{-1}\frac{R_0}{\mathrm{ob}})$ $\mathrm{ob}=\sqrt{R_0^2+{(2\sqrt{r^2-R_0^2}-\sqrt{R^2-R_0^2})}^2}$ 式中：φ_α-延伸渐开线ab与齿顶圆交点a处的极角

  ob-b处的极径(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)延伸渐开线ab的形成： $\mathrm{\&rho;}=\frac{R_0}{\cos \mathrm{\&alpha;}\cos \mathrm{\&gamma;}}$ ${\mathrm{\&phi;}}_{\mathrm{\&alpha;}}+\mathrm{tg}\left({\cos }^{-1}\frac{R_0}{R}\right)-{\cos }^{-1}\frac{R_0}{R}-\mathrm{\&phi;}=\mathrm{tg\&alpha;}-\mathrm{\&alpha;}$ $({\mathrm{\&phi;}}_{\mathrm{\&alpha;}}\&le;\mathrm{\&phi;}<{\mathrm{\&phi;}}_{\mathrm{\&alpha;}}+\mathrm{tg}\left({\cos }^{-1}\frac{R_0}{R}\right)-{\cos }^{-1}\frac{R_0}{R}$

式中：α-延伸渐开线ab的压力角

      γ-螺杆的螺旋面的螺旋角

延长摆线bc和延伸渐开线ab的交点b，实际上就是两螺杆延伸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，由延伸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中的齿形曲线abcde是唯一的。

两螺杆对应的啮合关系为：螺杆7齿顶圆a′e′对应的啮合曲线是螺杆6的齿根圆cd，点a′对应于延长摆线bc，延伸渐开线a′b′对应于延伸渐开线ab，齿根圆c′d′对应于齿顶圆ae，点e′对应于延长摆线ed。反之，，点a对应于延长摆线b′c′，齿根圆cd对应于齿顶圆a′e′，点e对应于延长摆线e′d′。

参见图4和图5，当两螺杆相对滚动时，螺杆7就会在螺杆6上形成空间啮合曲线1-2-3-4-5，其中3-4是平行于轴线的直线，1-2实际上是一对延伸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6也会在螺杆7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。

本实用新型除了上述实施例以外，应用本原理也可制成单头螺杆或多头螺杆，以形成三螺杆及多螺杆泵，还可以具有齿轮啮合组合的形式，如内啮合、相交轴运动等，制成可以满足不同场合使用的许多种类的泵。

Claims (3)

1.一种齿形螺杆，其包括螺杆体和沿螺杆体外侧的齿形，螺杆径向截面上的齿形曲线为abcde曲线，其中a、e在齿顶圆上，c、d在齿根圆上，曲线ae为齿顶圆的圆弧，曲线cd为齿根圆的圆弧，其特征在于：所述曲线ab为延伸渐开线，曲线bc为延长摆线，曲线ed为延长摆线，所述的螺杆的长度大于两个螺距的长度。

2.根据权利要求1所述的齿形螺杆，其特征在于所述的延长摆线bc、ed的曲线形状相同，方向相反。

3.根据权利要求1所术的齿形螺杆，其特征在于所述各曲线的形成方式如下：

(1)延长摆线ed的形成：

   x＝Rsin2ψ-2rsinψ

   y＝rcos2ψ-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_α)+2rsin(2ψ-φ_α)y＝-Rcos(2ψ-φ_α)+2rcos(2ψ-φ_α)φ＝ψ-β ${\mathrm{\&phi;}}_{\mathrm{\&alpha;}}=\mathrm{\&pi;}-\frac{1}{2}({\cos }^{-1}\frac{{\mathrm{ob}}^2+{4r}^2-R^2}{4r\&CenterDot;\mathrm{ob}}-{\cos }^{-1}\frac{{4r}^2+R^2-{\mathrm{ob}}^2}{4\mathrm{Rr}}+\mathrm{tg}\left({\cos }^{-1}\frac{R_0}{R}\right)$ $-{\cos }^{-1}\frac{R_0}{R}-\mathrm{tg}\left({\cos }^{-1}\frac{R_0}{\mathrm{ob}}\right)+{\cos }^{-1}\frac{R_0}{\mathrm{ob}})$ $\mathrm{ob}=\sqrt{R_0^2+{(2\sqrt{r^2-R_0^2}-\sqrt{R^2-R_0^2})}^2}$

式中：φ_α-延伸渐开线ab与齿顶圆交点a处的极角

      ob-b处的极径(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)延伸渐开线ab的形成： $\mathrm{\&rho;}=\frac{R_0}{\cos \mathrm{\&alpha;}\cos \mathrm{\&gamma;}}$ ${\mathrm{\&phi;}}_{\mathrm{\&alpha;}}+\mathrm{tg}\left({\cos }^{-1}\frac{R_0}{R}\right)-{\cos }^{-1}\frac{R_0}{R}-\mathrm{\&phi;}=\mathrm{tg\&alpha;}-\mathrm{\&alpha;}$ $({\mathrm{\&phi;}}_{\mathrm{\&alpha;}}\&le;\mathrm{\&phi;}<{\mathrm{\&phi;}}_{\mathrm{\&alpha;}}+\mathrm{tg}\left({\cos }^{-1}\frac{R_0}{R}\right)-{\cos }^{-1}\frac{R_0}{R}$ 式中：α-延伸渐开线ab的压力角

  γ-螺杆的螺旋面的螺旋角

Images