JP4057059B2 - コンベアウォーム - Google Patents

Description

本発明は、軸平行、外軸作動形のパイロットギア装置を備えたポンプ用、かつ、互いに逆ネジのウォームを有する二軸コンベアウォームの輪郭形状に関する。輪郭形状、接触角、ピッチ、ギャップ幅、媒体制御、および回転速度が、この場合、移送体積効率、最終圧力、漏れ量、温度、騒音、製造のための投資などのポンプの特性を決定する。
スェーデン国のＳＲＭ社のＳＲＭ輪郭として知られている形状は、不規則な輪郭形状を有する複数のネジ山構成を備え、接触角が小さく、最終圧力が中程度のポンプ用の二軸コンベアウォームを高速回転する場合に適している。実際の設計時においてウォームの外側輪郭線とハウジングの内面との間に取られたギャップは「ブローホール」として知られており、より高い最終圧力または中低速回転時の良好な体積効率の実現を妨げる。
しかし本願では、中速度領域でより高い最終圧力を有するポンプを対象としており、そのようなポンプに対しては、軸方向に連続的な作動セルを備え、接触角が７２０°よりも大きい一条ネジの二軸ウォームが適している。一条ネジの場合において１つのフランクを長サイクロイドとして構成することにより、ウォームの外側輪郭に沿ってハウジングの内面からコアサークルに交互に延びる係合線が形成される。これらの線は、ポンプ内部をピッチ長さの二倍の長さを有する複数の軸方向に移動する重なり合った構成の作動セルに区分する。
例えば、日本国の大晃機械工業株式会社から市販されている周知の形態では、ウォームは接触角が１０８０°、１４４０°、１８００°となっており、これらは同一の端部形状を特徴としている。一方のウォームのフランクに沿って形成されたインボリュート形状の孔である出口が他方のウォームによりエンド側で制御される。
ピッチの二倍の長さを有し軸方向に移動する作動セルの作動原理は維持しつつも、近年の連続生産に応じて輪郭形状を再設計および再構成すること、さらに体積効率、動的挙動及び媒体の制御を改善することが求められている。
この目的は、少なくとも７２０°の接触角を有し、径方向断面においてコアサークル部分（４）と、サイクロイド形状のホローフランク（５）と、外アーク（３）と、カバーフランク（６）とから形成された端部輪郭を有する一条ネジとして各々が構成される、軸平行、反対方向回転、外係合型の少なくとも二軸のコンベアウォームにおいて、
前記カバーフランク（６）は、継ぎ目がない凹部を形成するように前記コアサークル部分（４）に接続され、前記ホローフランク（５）は前記コアサークル部分（４）に継ぎ目がないように接続されて、前記ホローフランク（５）、前記カバーフランク（６）および前記コアサークル部分（４）が、共通して機械加工可能な継ぎ目のない表面を形成し、前記カバーフランク（６）は内フランク（８）、外フランク（９）並びに該内フランクおよび外フランクを接続する突起のない少なくとも１つのサドル（７）を有し、それにより効率、動力、および媒体制御に関する所定の効果を確実にする表面形状が達成されるコンベアウォームにより達成される。
図面に示される実施形態および従属項２、３の特徴に基づいて本発明をより詳細に説明する。
添付図面において、
図１はカバーフランクにおける中間サドル領域を有し、パイロットギアと約１６００°の接触角を有する本発明による二軸ウォームシステムを縮小した図である。
図２は各々が互いに係合し反対方向に回転する輪郭形状を備えた図１の二軸ウォームシステムの図である。
図３は図１と同じ縮尺で示すハウジング内に配設された二軸ウォームシステムの図１における矢視線Ａ−Ａに沿う断面である。
図４は、コンベアウォームの軸方向断面図である。
選択された実施形態において、コンベアウォーム１、２（図１、３）は、約１６００°の接触角を有し、かつ、同一の端部形状を有している。この端部形状は、複数の曲線部分から成るカバーフランク６を備えている。ウォーム１のサドル７（図１、２）は軸間の半分の距離の半径を有する弧形状を呈し、他方のウォーム２のサドルも同様である。内フランク８（図２）は、サドル７へ継ぎ目なく（滑らかに）接続された偏心した弧線（本明細書ではフランクアークと称する（図２））と、コアサークル４（図２、３）に継ぎ目なく接続された長サイクロイド、すなわちルートサイクロイド１１（図２）とから成る。他方のウォーム２のフランクアークの中心点は、短サイクロイド１２（図２）に沿って移動し、その移動軌跡からフランクアーク半径ｆだけ離れて平行に延びる内側の曲線が外フランク９（図２）に相当する。
以下の諸量を以て次の処理が行われる。
１．軸間距離が決定される。
ａ＝１００Ｌ．Ｕ．（単位長さ）
２．軸間距離からサドルの半径が直接的に決定される。
ｄ＝ａ／２＝５０Ｌ．Ｕ．
３．コアサークルの半径が決定される。
ｃ＝２３Ｌ．Ｕ．
４．そこから、外アーク半径が直接的に決定される。
ｂ＝ａ−ｃ＝７７Ｌ．Ｕ．
５．ａおよびｂからホローフランクを構成するサイクロイド５（図２、３）が演算される。複数の値が表１に示されており、表１においてｕ、ｖは、軸中心に原点を有する直交座標系の座標である。
６．ａおよびｂからはめ込み角αが演算される。そしてそれは、噛み合うコンベアウォーム１、２（図３）の相互噛合範囲である。
α／２＝４９．５１°
７．外アークの中心角βが決定される。機能させるためにβはα／２より大きくなければならない。
同じ輪郭形状のウォームを異方向回転で係合させるために、コアサークルの中心角は同様にβ＝７６°である。
８．ウォームのピッチが決定される。
ｌ＝１００Ｌ．Ｕ．
９．軸断面（図４）を用いて、１つのツールでフランク５、６およびコア４を共通して加工するための要件及び値ｌ、ａ、ｂを演算することにより、フランクアークの半径ｆがｆ≧２２Ｌ．Ｕ．となる条件を得る。
フランクアークの中心の偏心度ｅからｆ＝２２Ｌ．Ｕ．を決定する。ｅ＝ｄ−ｆ＝２８Ｌ．Ｕ．
１０．ウォーム１のルートサイクロイド１１が他方のウォーム２の輪郭の外アークと外フランクとの間の衝撃点におけるヘッドコーナーにより形成され、同じレバー条件ａ、ｂのために、ホローフランク５の一部に適合する。ルートサイクロイド１１により、フランクアーク１０とコアサークル４との接続部には継ぎ目がないので、内フランクの中心角が求められる。γ＝６５．９４°
同じ輪郭形状のウォームが異方向回転で係合するので、外フランクの中心角は、同様に、γ＝６５．９４°である。
１１．サドルの中心角は従って、
δ＝３６０°−２β−２γ＝７６．１２°
１２．ａ、ｅ、ｆの値により外フランク９、つまり、短サイクロイドに平行な内側の曲線の輪郭を得る。複数の値が表２に列挙されている。ｕ、ｖの値は表１の定義に対応している。
輪郭を決定した後、以下の処理が行われる。
１３．中心からの重心距離ｇ＝２１．５８Ｌ．Ｕ．
１４．ロータ表面＝ｚ＝８２９５．４（Ｌ．Ｕ．）²である。従って、ｇ・ｚ＝１．７９・１０³（Ｌ．Ｕ．）³
１５．効率η＝４９．５１％
１６．作動速度および形状データから相対的な移送容量（Ｌ．Ｕ．）³／時間が求められ、そこから、１Ｌ．Ｕ．に対する値が、修正された参照移送容量との相互関係から求められる。参照移送容量が２５０ｍ³／ｈ（非修正）で速度が３０００ｒｐｍの場合、１Ｌ．Ｕ．＝１ｍｍである。
非接触動作のために輪郭形状に対して行われる測定値の修正は、実際には、完全な作用および製造には不可欠であり、それは相当の労力を伴う。しかしながら、それらは輪郭の選択に関して下位の役割しか果たさない。
周知の輪郭と比較すると体積効率で約６．５％改善され、動力が改善され（ｇ・ｚが２７．２％改善）、コア４、ホローフランク５、内フランク８、サドル７および外フランク９により形成されるネジ山の内側表面全体を共通に決定できる可能性が改善される。ハウジングの端壁のチャンネル１３（図３）により案内されるフランクアークの領域の表面部分により、より良い媒体制御の調節が可能となる。

Claims (3)

1. 少なくとも７２０°の接触角を有し、径方向断面においてコアサークル部分（４）と、サイクロイド形状のホローフランク（５）と、外アーク（３）と、カバーフランク（６）とから形成された端部輪郭を有する一条ネジとして各々が構成される、軸平行、反対方向回転、外係合型の少なくとも二軸のコンベアウォームにおいて、
   前記カバーフランク（６）は、継ぎ目がない凹部を形成するように前記コアサークル部分（４）に接続され、前記ホローフランク（５）は前記コアサークル部分（４）に継ぎ目がないように接続されて、前記ホローフランク（５）、前記カバーフランク（６）および前記コアサークル部分（４）が、共通して機械加工可能な継ぎ目のない表面を形成し、前記カバーフランク（６）は、内フランク（８）、外フランク（９）並びに該内フランクおよび外フランクを接続する突起のない少なくとも１つのサドル（７）を有し、各コンベアウォームの前記内フランク（８）は、前記サドル（７）に接続される偏心した弧線（１０）と、前記コアサークル部分（４）に接続される長サイクロイド（１１）とから成り、他のコンベアウォームと係合する前記外フランク（９）は短サイクロイド形状を呈し、それにより効率、動力、および媒体制御に関する所定の効果を確実にする表面形状が達成されるコンベアウォーム。
2. 各コンベアウォームの前記カバーフランク（６）は複数の曲線部分から成り、前記サドル（７）は弧形状を有する請求項１に記載のコンベアウォーム。
3. 少なくとも７２０°の接触角を有し、径方向断面においてコアサークル部分（４）と、サイクロイド形状のホローフランク（５）と、カバーフランク（６）とから形成された端部輪郭を有する一条ネジとして各々が構成される、軸平行、反対方向回転、外係合型の少なくとも二軸のコンベアウォームにおいて、
   前記カバーフランク（６）は、継ぎ目がない凹部を形成するように前記コアサークル部分（４）に接続され、前記ホローフランク（５）、前記カバーフランク（６）および前記コアサークル部分（４）は共通して機械加工可能な継ぎ目のない表面を形成し、前記カバーフランク（６）は、内フランク（８）、外フランク（９）並びに該内フランクおよび外フランクを接続する突起のない少なくとも１つのサドル（７）を有し、
   前記カバーフランク（６）は複数の曲線部分から成り、前記サドル（７）は弧形状を有し、
   各ウォームの前記内フランク（８）は、前記サドル（７）に接続される偏心した弧線（１０）と、前記コアサークル部分（４）に接続される長サイクロイド（１１）とから成り、他のコンベアウォームに係合する前記外フランク（９）は短サイクロイド形状を呈するコンベアウォーム。

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