TWI539078B - 螺旋轉子及其齒形的創生方法 - Google Patents

Description

螺旋轉子及其齒形的創生方法

本發明關於一種轉子及其齒形的創生方法，尤指一種適用於真空幫泵之螺旋轉子及其齒形的創生方法。

一般而言，真空幫泵機台之內部係設置有兩相對應嚙合的轉子，藉由兩轉子的相對轉動將流體自轉子之一側吸入，再將該流體由轉子之另一側送出。因此，位於轉子之該側的流體便可自該側抽出，而達到真空之功效。

然而，由於上述之螺旋轉子所形成的齒形於設計階段並未考慮實際加工時所需之刀具之使用參數，故當上述之螺旋轉子於實際加工時，常因加工不易而增加螺旋轉子之不良率，甚至導致刀具無法符合所設計的齒形而需重新調整原先之齒形設計，進而拉長生產時程而不利於機台之生產製造。

因此，本發明係提供一種適用於真空幫泵機台之螺旋轉子及其齒形的創生方法，以解決上述問題。

本發明之申請專利範圍係揭露一種螺旋轉子，其齒形係設定相對於一頂圓、一節圓以及一底圓，該螺旋轉子包含有一第一曲線、一第二曲線以及一第三曲線。該第二曲線係利用該底圓連接於該第一曲線，且該第二曲線係由該頂圓之一點以擺線的方式所形成。該第三曲線係分別利用該節圓連 接於該第一曲線以及利用該頂圓連接於該第二曲線，該第三曲線用來以共軛以及鏡射的方式產生該第一曲線，該第三曲線係形成於一圓柱之一端面上且連接該節圓與該底圓，其中該圓柱係利用該頂圓所生成，一螺旋狀凹槽設置於該圓柱之表面且連接於該圓柱之該端面，且該螺旋狀凹槽之深度為該頂圓半徑與該節圓半徑之差。

本發明之申請專利範圍另揭露該第一曲線係藉由一生成曲線以共軛的方式產生，該第三曲線係藉由該生成曲線以鏡射的方式產生，其中該生成曲線係形成於該圓柱之該端面上且連接該節圓與該頂圓。

本發明之申請專利範圍另揭露該生成曲線係相同於該第三曲線，且該生成曲線與該第三曲線相差一百八十度。

本發明之申請專利範圍另揭露該螺旋狀凹槽之寬度係為該導程之半與一特定寬度之差。

本發明之申請專利範圍另揭露該螺旋狀凹槽之一側壁係為一斜面，該斜面之一側形成有連接於該圓柱之表面的一第一弧面結構，且該斜面之另一側形成有連接於該螺旋狀凹槽之底面的一第二弧面結構。

本發明之申請專利範圍另揭露該第三曲線包含有一內弧曲線、一第一邊弧以及一第二邊弧。該內弧曲線係對應該斜面。該第一邊弧係對應該第一弧面結構，該第一邊弧用來連接該內弧曲線與該節圓。該第二邊弧係對應該第二弧面結構，該第二邊弧用來連接該內弧曲線與該頂圓。

本發明之申請專利範圍另揭露一種創生螺旋轉子之齒形的方法，其包含有依預定的空間以及吸排量設定對應該螺旋轉子之一頂圓、一節圓、 一底圓以及一導程；利用該頂圓生成一圓柱；於該圓柱之表面形成一螺旋狀凹槽；連接該螺旋狀凹槽於該圓柱之一端面；於該端面上擷取連接該節圓與該底圓之一生成曲線；利用該生成曲線以共軛的方式生成一第一曲線；利用該頂圓之一點以擺線的方式形成一第二曲線；利用該生成曲線以鏡射的方式生成與該第三曲線相差一百八十度之一第三曲線；以及分別利用該底圓連接該第一曲線與該第二曲線、該頂圓連接該第二曲線與該第三曲線以及該節圓連接該第三曲線與該第一曲線。

本發明之申請專利範圍另揭露設置一螺旋狀凹槽於該圓柱之表面包含有設定該螺旋狀凹槽之深度為該頂圓半徑與該節圓半徑之差；以及設定該螺旋狀凹槽之螺距為該導程。

本發明之申請專利範圍另揭露設置一螺旋狀凹槽於該圓柱之表面另包含有設定該螺旋狀凹槽之寬度係為該導程之半與一特定寬度之差。

本發明之申請專利範圍另揭露於該圓柱之表面形成一螺旋狀凹槽包含有於該螺旋狀凹槽之一側壁形成一斜面；於該斜面之一側形成連接於該圓柱之表面的一第一弧面結構；以及於該斜面之另一側形成連接於該螺旋狀凹槽之底面的一第二弧面結構。

本發明之申請專利範圍另揭露利用該生成曲線以共軛的方式生成一第一曲線包含有將該生成曲線相對該螺旋轉子所對應嚙合之一轉子旋轉一特定角度；完成將該生成曲線相對該螺旋轉子所對應嚙合之該轉子旋轉該特定角度後，再將該生成曲線相對該螺旋轉子旋轉該特定角度；完成將該生成曲線相對該螺旋轉子旋轉該特定角度後，產生該生成曲線所對應之一包絡線；以及擷取該包絡線介於該螺旋轉子所對應嚙合之該轉子之一節圓與一底 圓間的曲線。

本發明之申請專利範圍另揭露利用該生成曲線以鏡射的方式生成一第三曲線包含有將該生成曲線水平鏡射；以及完成將該生成曲線水平鏡射後，再將該生成曲線垂直鏡射。

本發明之申請專利範圍另揭露利用該生成曲線以鏡射的方式生成一第三曲線包含有將該生成曲線垂直鏡射；以及完成將該生成曲線垂直鏡射後，再將該生成曲線水平鏡射。

綜上所述，本發明之螺旋狀凹槽之寬度設計係根據實際加工時所採用的刀具參數而設定，且螺旋狀凹槽之斜面、第一弧面結構以及第二弧面結構係有助於刀具於加工時能更加順利地針對側壁以及角落處進行加工。因此，本發明之螺旋轉子除具有加工方便之優點，更可避免刀具無法對所設計的齒形進行加工的問題，進而縮短生產時程而有利於機台之生產製造。關於本發明之優點與精神可以藉由以下的發明詳述及所附圖式得到進一步的瞭解。

3‧‧‧真空幫泵機台

30‧‧‧機體

32‧‧‧第一螺旋轉子

33‧‧‧第二螺旋轉子

34‧‧‧第一曲線

36‧‧‧第二曲線

38‧‧‧第三曲線

40‧‧‧圓柱

381‧‧‧內弧曲線

383‧‧‧第一邊弧

385‧‧‧第二邊弧

401‧‧‧螺旋狀凹槽

403‧‧‧端面

405‧‧‧生成曲線

407‧‧‧斜面

4070‧‧‧第一弧面結構

4072‧‧‧第二弧面結構

T‧‧‧頂圓

P‧‧‧節圓

R‧‧‧底圓

A‧‧‧面積

D‧‧‧導程

E‧‧‧包絡線

C1‧‧‧中心

C2‧‧‧特定點

RS、PS、TS‧‧‧圓弧

Tr、Pr‧‧‧半徑

X‧‧‧特定寬度

θ‧‧‧特定角度

100~118、200~212、300~308‧‧‧步驟

第1圖為本發明實施例真空幫泵機台之元件示意圖。

第2圖為本發明實施例第一螺旋轉子之齒形的剖面示意圖。

第3圖為本發明實施例第一螺旋轉子之元件示意圖。

第4圖為本發明創生第一螺旋轉子之齒形的方法的流程圖。

第5圖為本發明實施例頂圓、節圓以及底圓的示意圖。

第6圖為本發明實施例圓柱的元件示意圖。

第7圖為本發明實施例生成曲線以及第一螺旋轉子之齒形的剖面示意 圖。

第8圖為本發明實施例形成螺旋狀凹槽之流程圖。

第9圖為第6圖所示之圓柱的剖面示意圖。

第10圖為本發明實施例利用生成曲線以共軛的方式生成第一曲線之流程圖。

第11圖至第14圖分別為生成曲線以共軛的方式生成第一曲線之分解示意圖。

請參閱第1圖，第1圖為本發明實施例真空幫泵機台3之元件示意圖。如第1圖所示，真空幫泵機台3包含有一機體30以及一第一螺旋轉子32以及一第二螺旋轉子33。第一螺旋轉子32以及第二螺旋轉子33皆安裝於機體30內，且第一螺旋轉子32的齒形係相同且對應於第二螺旋轉子33的齒形。因此，第一螺旋轉子32便可嚙合於第二螺旋轉子33，當第一螺旋轉子32以及第二螺旋轉子33相對轉動時，流體便可自第一螺旋轉子32以及第二螺旋轉子33之一側吸入，再將該流體由第一螺旋轉子32以及第二螺旋轉子33之另一側送出，藉以達到真空之功效。由於第一螺旋轉子32的齒形係相同於第二螺旋轉子33的齒形，為求簡潔，以下僅針對第一螺旋轉子32的齒形之結構設計進行說明。

請參閱第2圖，第2圖為本發明實施例第一螺旋轉子32之齒形的剖面示意圖。如第2圖所示，第一螺旋轉子32係可依據真空幫泵機台3之預定的空間設定其與第二螺旋轉子33間的中心距，藉以設定對應第一螺旋轉子32之一頂圓T、一節圓P以及一底圓R。如第2圖所示，頂圓T、節圓P以及底圓R皆同心設置，頂圓T的直徑大於節圓P的直徑，且節圓P的直徑大於底圓R的直徑。換言之，頂圓T、節圓P以及底圓R係位於同一個同心圓 上，且於該同心圓上依頂圓T、節圓P以及底圓R的順序由大至小排列。

承上所述，頂圓T以及第一螺旋轉子32之齒形係可圍繞出一面積A(第2圖中以斜線繪示者)。請參閱第3圖，第3圖為本發明實施例第一螺旋轉子32之元件示意圖。如第3圖所示，第一螺旋轉子32具有一導程D，其與面積A之乘積為單一螺旋轉子(即第一螺旋轉子32)對真空幫泵機台3之吸排量所產生的貢獻。一般而言，真空幫泵機台3具有兩個螺旋轉子，換言之，導程D與面積A之乘積可用來定義真空幫泵機台3之吸排量。綜上所述，於實務上根據真空幫泵機台3之預定的空間以及吸排量即可設定對應第一螺旋轉子32之頂圓T、節圓P、底圓R以及導程D。

如第2圖所示，第一螺旋轉子32之齒形包含有一第一曲線34、一第二曲線36以及一第三曲線38。第二曲線36利用底圓R之一圓弧RS連接於第一曲線34。第三曲線38分別利用節圓P之一圓弧PS連接於第一曲線34以及利用頂圓T之一圓弧TS連接於第二曲線36。此外，第三曲線38包含有一內弧曲線381、一第一邊弧383以及一第二邊弧385。第一邊弧383用來連接內弧曲線381與節圓P之圓弧PS，且第二邊弧385用來連接內弧曲線381與頂圓T之圓弧TS。

請參閱第4圖，第4圖為本發明創生第一螺旋轉子32之齒形的方法的流程圖。第4圖包含下列步驟：

步驟100：依預定的空間以及吸排量設定對應第一螺旋轉子32之頂圓T、節圓P、底圓R以及導程D，其中第5圖為本發明實施例頂圓T、節圓P以及底圓R的示意圖。

步驟102：利用頂圓T生成一圓柱40，其中第6圖為本發明實施 例圓柱40的元件示意圖。

步驟104：於圓柱40之表面形成一螺旋狀凹槽401。

步驟106：連接螺旋狀凹槽401於圓柱40之一端面403。

步驟108：於端面403上擷取連接節圓P與底圓R之一生成曲線405。

步驟110：利用生成曲線405以共軛的方式生成第一曲線34。

步驟112：利用頂圓T之一點以擺線的方式形成第二曲線36。

步驟114：利用生成曲線405以鏡射的方式生成與生成曲線405相差一百八十度之第三曲線38。

步驟116：分別利用底圓R連接第一曲線34與第二曲線36、頂圓T連接第二曲線36與第三曲線38以及節圓P連接第三曲線38與第一曲線34。

步驟118：結束。

於此針對上述步驟進行說明。首先，如第2圖、第3圖以及第5圖所示，根據真空幫泵機台3之預定的空間以及吸排量設定對應第一螺旋轉子32之頂圓T、節圓P、底圓R以及導程D(步驟100)。接著，利用頂圓T生成如第6圖所示之圓柱40(步驟102)。於圓柱40之表面形成螺旋狀凹槽401(步驟104)，且使螺旋狀凹槽401連接於圓柱40之端面403(步驟106)。如此一來，於圓柱40之端面403便可擷取連接節圓P與底圓R之生成曲線405(步驟108)，換言之，生成曲線405係形成於圓柱40之端面403上且連接節圓P與頂圓T。

請參閱第7圖，第7圖為本發明實施例生成曲線405以及第一螺旋轉子32之齒形的剖面示意圖。如第7圖所示，完成生成曲線405的繪製後，將生成曲線405重新描繪於第一螺旋轉子32之齒形的一側。接著，利用生成 曲線405以共軛的方式生成第一曲線34(步驟110)。此外，利用頂圓T之一點以擺線的方式形成第二曲線36(步驟112)。最後，利用生成曲線405以鏡射的方式生成與生成曲線405相差一百八十度之第三曲線38(步驟114)。

值得一提的是，利用生成曲線405以鏡射的方式生成第三曲線38包含有先將生成曲線405水平鏡射後，再將生成曲線405垂直鏡射以生成第三曲線38。但利用生成曲線405以鏡射的方式生成第三曲線38的順序不以上述為限。舉例來說，亦可先將生成曲線405垂直鏡射後，再將生成曲線405水平鏡射以生成第三曲線38。由上述可知，第三曲線38係藉由生成曲線405分別經水平鏡射以及垂直鏡射所產生，因此第三曲線38係相同於生成曲線405，且第三曲線38與生成曲線405相差一百八十度。也就是說，第三曲線38亦可藉由生成曲線405旋轉一百八十度而獲得。

綜上所述，第一曲線34係藉由生成曲線405以共軛的方式產生，第三曲線38係藉由生成曲線405以鏡射的方式產生，且第三曲線38係相同於生成曲線405。換言之，於實務上，亦可利用第三曲線38以鏡射的方式產生生成曲線405後，再利用經由第三曲線38鏡射生成之生成曲線405以共軛的方式產生第一曲線34。也就是說，第三曲線38係可用來以共軛以及鏡射的方式產生第一曲線34。

於完成第一曲線34、第二曲線36以及第三曲線38的繪製後，再分別利用底圓R之圓弧RS連接第一曲線34與第二曲線36、頂圓T之圓弧TS連接第二曲線36與第三曲線38以及節圓P之圓弧PS連接第三曲線38與第一曲線34。藉此，由上述之圓弧RS、TS、PS、第一曲線34、第二曲線36以及第三曲線38所構成的封閉曲線即為第一螺旋轉子32之齒形的剖面。

以下係針對螺旋狀凹槽401之形成步驟(步驟104)進行詳細說明。請參閱第8圖，第8圖為本發明實施例形成螺旋狀凹槽401之流程圖，第8圖包含下列步驟：

步驟200：設定螺旋狀凹槽401之深度為頂圓T之半徑Tr與節圓P之半徑Pr的差。

步驟202：設定該螺旋狀凹槽401之螺距為導程D。

步驟204：設定螺旋狀凹槽401之寬度係為導程D之半與一特定寬度X之差。

步驟206：於螺旋狀凹槽401之一側壁形成一斜面407。

步驟208：於斜面407之一側形成連接於圓柱40之表面的一第一弧面結構4070。

步驟210：於斜面407之另一側形成連接於螺旋狀凹槽401之底面的一第二弧面結構4072。

步驟212：結束。

請一併參閱第9圖，第9圖為第6圖所示之圓柱40的剖面示意圖。如第6圖至第9圖所示，首先，設定螺旋狀凹槽401之該深度為頂圓T之半徑Tr與節圓P之半徑Pr之差(步驟200)，設定螺旋狀凹槽401之螺距為導程D(步驟202)，以及設定螺旋狀凹槽401之寬度係為導程D之半與特定寬度X之差(步驟204)。於此實施例中，特定寬度X為導程D的四分之一，但不受此限。於實務上，特定寬度X係根據實際加工時所需之刀具而設定。完成上述之設定後，利用切削的方式於圓柱40之表面形成螺旋狀凹槽401。換言之，由於本發明之螺旋轉子於設計時係已將實際加工時所需之刀具參數考慮在內，因此本發明之螺旋轉子具有加工方便之優點，且可避免刀具無法對所設計的齒形進行加工的問題。

進一步地，為使本發明之螺旋轉子能更有利於加工，於螺旋狀凹槽401導入如下之設計。首先，於螺旋狀凹槽401之一側壁形成斜面407(步驟206)。接著，再於斜面407之一側形成連接於圓柱40之表面(即頂圓T)的第一弧面結構4070(步驟208)以及於斜面407之另一側形成連接於螺旋狀凹槽401之底面的第二弧面結構4072(步驟210)。上述之設計可使刀具於加工時能更加順利地針對側壁以及角落處進行加工。

完成上述步驟後，再將螺旋狀凹槽401連接於圓柱40之端面403，藉以於端面403上產生生成曲線405(如第6圖所示)。值得一提的是，當螺旋狀凹槽401連接於圓柱40之端面403時，斜面407、第一弧面結構4070以及第二弧面結構4072係分別形成第三曲線38(即生成曲線405)之內弧曲線381、第一邊弧383以及第二邊弧385。換言之，螺旋狀凹槽401之斜面407、第一弧面結構4070以及第二弧面結構4072係分別對應第三曲線38之內弧曲線381、第一邊弧383以及第二邊弧385。

以下係針對利用生成曲線405以共軛的方式生成第一曲線34之步驟(步驟110)進行詳細說明。請參閱第10圖，第10圖為本發明實施例利用生成曲線405以共軛的方式生成第一曲線34之流程圖。第10圖包含下列步驟：

步驟300：將生成曲線405相對第一螺旋轉子32之中心C1旋轉一特定角度。

步驟302：完成將生成曲線405相對第一螺旋轉子32之中心C1旋轉一特定角度θ後，再將生成曲線405相對第二螺旋轉子33之一特定點C2旋轉特定角度θ。

步驟304：完成將生成曲線405相對第二螺旋轉子33之特定點C2旋轉特定角度θ後，產生生成曲線405所對應之一包絡線E。

步驟306：擷取包絡線E介於第一螺旋轉子32之節圓P與底圓R間的曲線。

步驟308：結束。

請一併參閱第11圖至第14圖，第11圖至第14圖分別為生成曲線405以共軛的方式生成第一曲線34之分解示意圖。如第10圖至第14圖所示，將如第11圖所示之生成曲線405相對第一螺旋轉子32之中心C1旋轉特定角度θ至第12圖所示之位置(步驟300)，再將生成曲線405相對第二螺旋轉子33之特定點C2旋轉特定角度θ(步驟302)，使生成曲線405第13圖所示之位置。重複上述步驟，使生成曲線405產生如第14圖所示之包絡線E(步驟304)。接著，擷取包絡線E介於第一螺旋轉子32之節圓P與底圓R間的曲線，該曲線即為第一曲線34。

相較於先前技術，本發明之螺旋狀凹槽之寬度設計係根據實際加工時所採用的刀具參數而設定，且螺旋狀凹槽之斜面、第一弧面結構以及第二弧面結構係有助於刀具於加工時能更加順利地針對側壁以及角落處進行加工。因此，本發明之螺旋轉子除具有加工方便之優點，更可避免刀具無法對所設計的齒形進行加工的問題，進而縮短生產時程而有利於機台之生產製造。以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

32‧‧‧第一螺旋轉子

34‧‧‧第一曲線

36‧‧‧第二曲線

38‧‧‧第三曲線

381‧‧‧內弧曲線

383‧‧‧第一邊弧

385‧‧‧第二邊弧

405‧‧‧生成曲線

T‧‧‧頂圓

P‧‧‧節圓

R‧‧‧底圓

RS、PS、TS‧‧‧圓弧

Claims (6)

1. 一種螺旋轉子，其齒形係設定相對於一頂圓、一節圓以及一底圓，該螺旋轉子之齒形包含有：一第一曲線，其係藉由下列步驟所形成：依預定的空間以及吸排量設定對應該螺旋轉子之該頂圓、該節圓、該底圓以及一導程；利用該頂圓生成一圓柱；於該圓柱之表面形成一螺旋狀凹槽，其包含有：設定該螺旋狀凹槽之深度為該頂圓半徑與該節圓半徑之差；設定該螺旋狀凹槽之螺距為該導程；設定該螺旋狀凹槽之寬度係為該導程之半與一特定寬度之差；於該螺旋狀凹槽之一側壁形成一斜面；於該斜面之一側形成連接於該圓柱之表面的一第一弧面結構；以及於該斜面之另一側形成連接於該螺旋狀凹槽之底面的一第二弧面結構；連接該螺旋狀凹槽於該圓柱之一端面；於該端面上擷取連接該節圓與該底圓之一生成曲線；利用該生成曲線以共軛的方式生成該第一曲線，其包含有：將該生成曲線相對該螺旋轉子旋轉一特定角度；完成將該生成曲線相對該螺旋轉子旋轉該特定角度後，再將該生成曲線相對該螺旋轉子所對應嚙合之一轉子旋轉該特定角度；完成將該生成曲線相對該螺旋轉子所對應嚙合之該轉子旋轉該特定角度後，產生該生成曲線所對應之一包絡線；以及 擷取該包絡線介於該螺旋轉子之該節圓與該底圓間的曲線以形成該第一曲線；一第二曲線，其係利用該底圓連接於該第一曲線，該第二曲線係由該頂圓之一點以擺線的方式所形成；以及一第三曲線，其係分別利用該節圓連接於該第一曲線以及利用該頂圓連接於該第二曲線，該第三曲線係由該生成曲線以鏡射的方式所產生。
2. 如請求項1所述之螺旋轉子，其中該生成曲線係相同於該第三曲線，且該生成曲線與該第三曲線相差一百八十度。
3. 如請求項1所述之螺旋轉子，其中該第三曲線包含有：一內弧曲線，其係由該斜面於該螺旋狀凹槽連接於該圓柱之該端面時所形成，且對應該斜面；一第一邊弧，其係對應該第一弧面結構，該第一邊弧用來連接該內弧曲線與該節圓；以及一第二邊弧，其係對應該第二弧面結構，該第二邊弧用來連接該內弧曲線與該頂圓。
4. 一種創生螺旋轉子之齒形的方法，其包含有：依預定的空間以及吸排量設定對應該螺旋轉子之一頂圓、一節圓、一底圓以及一導程；利用該頂圓生成一圓柱；於該圓柱之表面形成一螺旋狀凹槽，其包含有：設定該螺旋狀凹槽之深度為該頂圓半徑與該節圓半徑之差；設定該螺旋狀凹槽之螺距為該導程；設定該螺旋狀凹槽之寬度係為該導程之半與一特定寬度之差； 於該螺旋狀凹槽之一側壁形成一斜面；於該斜面之一側形成連接於該圓柱之表面的一第一弧面結構；以及於該斜面之另一側形成連接於該螺旋狀凹槽之底面的一第二弧面結構；連接該螺旋狀凹槽於該圓柱之一端面；於該端面上擷取連接該節圓與該底圓之一生成曲線，其包含有：將該生成曲線相對該螺旋轉子所對應嚙合之一轉子旋轉一特定角度；完成將該生成曲線相對該螺旋轉子所對應嚙合之該轉子旋轉該特定角度後，再將該生成曲線相對該螺旋轉子旋轉該特定角度；完成將該生成曲線相對該螺旋轉子旋轉該特定角度後，產生該生成曲線所對應之一包絡線；以及擷取該包絡線介於該螺旋轉子所對應嚙合之該轉子之一節圓與一底圓間的曲線；利用該生成曲線以共軛的方式生成一第一曲線；利用該頂圓之一點以擺線的方式形成一第二曲線；利用該生成曲線以鏡射的方式生成與該生成曲線相差一百八十度之一第三曲線；以及分別利用該底圓連接該第一曲線與該第二曲線、該頂圓連接該第二曲線與該第三曲線以及該節圓連接該第三曲線與該第一曲線。
5. 如請求項4之方法，其中利用該生成曲線以鏡射的方式生成該第三曲線包含有：將該生成曲線水平鏡射；以及完成將該生成曲線水平鏡射後，再將該生成曲線垂直鏡射。
6. 如請求項4之方法，其中利用該生成曲線以鏡射的方式生成該第三曲線包含有：將該生成曲線垂直鏡射；以及完成將該生成曲線垂直鏡射後，再將該生成曲線水平鏡射。