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一种双螺杆 真空 泵光滑 转子型线及其设计方法

阅读：1052发布：2020-07-03

专利汇可以提供一种双螺杆真空泵光滑转子型线及其设计方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种双螺杆真空泵光滑转子型线及其设计方法。该双螺杆真空泵光滑转子端面型线由首尾依次连接的类圆弧共轭线a1b1、类圆弧b1c1、齿顶圆弧c1d1、类抛物线d1e1、类抛物线共轭线e1f1以及齿根圆弧f1a1组成。本发明所生成的转子光滑无尖点，所述转子型线生成的一对啮合转子在轴向剖面和端面上型线均完全共轭且光滑，啮合性能良好，泄露面积小，能够达到很低的极限真空；同时光滑的转子型线为转子刀具的设计提供了极大的便利，降低了转子的加工成本。，下面是一种双螺杆真空泵光滑转子型线及其设计方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种双螺杆真空泵光滑转子型线，其特征在于：该双螺杆真空泵光滑转子端面型线由首尾依次连接的类圆弧共轭线a1b1、类圆弧b1c1、齿顶圆弧c1d1、类抛物线d1e1、类抛物线共轭线e1f1以及齿根圆弧f1a1组成；
所述类圆弧b1c1在转子轴向剖面上为一段圆弧BC，所述圆弧BC经坐标变换得到转子端面型线中所述类圆弧b1c1，所述类圆弧b1c1分别与齿顶圆弧c1d1和类圆弧共轭线a1b1相切；
所述类圆弧b1c1的坐标方程由以下公式得到：
其中，xb1c1为类圆弧b1c1的X坐标，yb1c1为类圆弧b1c1的Y坐标，zBC为所述圆弧BC的Z坐标，yBC为所述圆弧BC的Y坐标，T为转子导程；
所述类圆弧共轭线a1b1由所述类圆弧b1c1的共轭包络线经坐标变换得到，所述类圆弧共轭线a1b1分别与齿根圆弧f1a1和类圆弧b1c1相切；
所述类圆弧共轭线a1b1的坐标方程由以下公式得到：
其中，xa1b1为类圆弧共轭线a1b1的X坐标，ya1b1为类圆弧共轭线a1b1的Y坐标，φ1为转子型线位置参数且为中间参量，A表示中心距即为齿顶圆弧c1d1和齿根圆弧f1a1半径之和，t1表示类圆弧共轭线a1b1相对圆心旋转的角度；由上述方程消去φ1，得到xa1b1和ya1b1关于参量t1的坐标方程，由此得到类圆弧共轭线a1b1坐标方程；
所述类抛物线d1e1在转子轴向剖面上为一段抛物线DE，该抛物线DE经坐标变换得到转子端面型线中所述类抛物线d1e1，所述类抛物线d1e1分别与齿顶圆弧c1d1和类抛物线共轭线e1f1相切；
所述类抛物线d1e1的坐标方程由以下公式得到：
其中，xd1e1为类抛物线d1e1的X坐标，yd1e1为类抛物线d1e1的Y坐标，zDE为抛物线DE的Z坐标，yDE为抛物线DE的Y坐标，T为转子导程；
所述类抛物线共轭线e1f1由所述类抛物线d1e1的共轭包络线经坐标变换得到，所述类抛物线共轭线e1f1分别与齿根圆弧f1a1和类抛物线d1e1相切；
所述类抛物线共轭线e1f1的坐标方程由以下公式得到：
其中，xe1f1为类抛物线共轭线X坐标，ye1f1为类抛物线共轭线Y坐标，φ2为转子型线位置参数且为中间参量，A表示中心距即为齿顶圆弧c1d1和齿根圆弧f1a1半径之和，t2表示类抛物线共轭线e1f1相对圆心旋转的角度；由上述方程消去φ2，得到xe1f1和ye1f1关于参量t2的坐标方程，由此得到类抛物线共轭线e1f1坐标方程。
2.如权利要求1所述的双螺杆真空泵光滑转子型线，其特征在于：所述转子型线生成的一对啮合转子端面型线完全相同且互相共轭。
3.一种如权利要求1或2所述双螺杆真空泵光滑转子型线的设计方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1，在转子轴向剖面上，设计连接齿顶圆与节圆的圆弧BC，且所述圆弧BC与齿顶圆光滑连接，将所述圆弧BC经空间坐标变换得到转子端面上的类圆弧b1c1，并求得转子端面上连接齿根圆与节圆的类圆弧共轭线a1b1，其中节圆半径为齿顶圆与齿根圆半径之和的一半；
步骤2，在转子轴向剖面上，设计连接齿顶圆与节圆的抛物线DE，且所述抛物线DE与齿顶圆光滑连接，将所述抛物线DE经空间坐标变换得到转子端面上的类抛物线d1e1，并求得转子端面上连接齿根圆与节圆的类抛物线共轭线e1f1；
步骤3，在转子端面上添加齿顶圆弧c1d1和齿根圆弧f1a1连接上述曲线，形成封闭的转子端面型线。

说明书全文

一种双螺杆真空 泵光滑 转子型线及其设计方法

技术领域

[0001] 本发明属于机械工程设计领域，具体是涉及一种双螺杆真空泵光滑转子型线及其设计方法。

背景技术

[0002] 双螺杆干式真空泵具有单级压比高、输送介质平稳、压力脉动小、机械振动小、结构简单紧凑、效率高、工作可靠及寿命长等特点，广泛应用于核科学、电子器械、食品工业、石油化工和医药制造等领域。

[0003] 转子型线作为双螺杆干式真空泵的核心技术，决定了真空泵的抽速和极限真空等性能，是双螺杆真空泵设计和优化的关键技术，而目前已公开的双螺杆真空泵型线中较多的存在的问题有：

[0004] 1、转子型线不能完全共轭，一对转子的啮合性能差，泄露面积大，不能达到很低的极限真空。

[0005] 2、转子型线不光滑，真空泵转子在加工、安装和运行过程中，尖点易磨损，降低啮合性能。同时，由于型线不光滑，转子加工刀具的设计难度大大增加。

发明内容

[0006] 为了解决上述技术问题，本发明提供一种双螺杆真空泵光滑转子型线。

[0007] 为了实现本发明的目的，本发明采用了以下技术方案：

[0008] 一种双螺杆真空泵光滑转子型线，该双螺杆真空泵光滑转子端面型线由首尾依次连接的类圆弧共轭线a1b1、类圆弧b1c1、齿顶圆弧c1d1、类抛物线d1e1、类抛物线共轭线e1f1以及齿根圆弧f1a1组成；

[0009] 所述类圆弧b1c1在转子轴向剖面上为一段圆弧BC，所述圆弧BC经坐标变换得到转子端面型线中所述类圆弧b1c1，所述类圆弧b1c1分别与齿顶圆弧c1d1和类圆弧共轭线a1b1相切；

[0010] 所述类圆弧b1c1的坐标方程由以下公式得到：

[0011]

[0012] 其中，xb1c1为类圆弧b1c1的X坐标，yb1c1为类圆弧b1c1的Y坐标，zBC为所述圆弧BC的Z坐标，yBC为所述圆弧BC的Y坐标，T为转子导程；

[0013] 所述类圆弧共轭线a1b1由所述类圆弧b1c1的共轭包络线经坐标变换得到，所述类圆弧共轭线a1b1分别与齿根圆弧f1a1和类圆弧b1c1相切；

[0014] 所述类圆弧共轭线a1b1的坐标方程由以下公式得到：

[0015]

[0016] 其中，xa1b1为类圆弧共轭线a1b1的X坐标，ya1b1为类圆弧共轭线a1b1的Y坐标，φ1为转子型线位置参数且为中间参量，A表示中心距即为齿顶圆弧c1d1和齿根圆弧f1a1半径之和，t1表示类圆弧共轭线a1b1相对圆心旋转的角度；由上述方程消去φ1，得到xa1b1和ya1b1关于参量t1的坐标方程，由此得到类圆弧共轭线a1b1坐标方程；

[0017] 所述类抛物线d1e1在转子轴向剖面上为一段抛物线DE，该抛物线DE经坐标变换得到转子端面型线中所述类抛物线d1e1，所述类抛物线d1e1分别与齿顶圆弧c1d1和类抛物线共轭线e1f1相切；

[0018] 所述类抛物线d1e1的坐标方程由以下公式得到：

[0019]

[0020] 其中，xd1e1为类抛物线d1e1的X坐标，yd1e1为类抛物线d1e1的Y坐标，zDE为抛物线DE的Z坐标，yDE为抛物线DE的Y坐标，T为转子导程；

[0021] 所述类抛物线共轭线e1f1由所述类抛物线d1e1的共轭包络线经坐标变换得到，所述类抛物线共轭线e1f1分别与齿根圆弧f1a1和类抛物线d1e1相切；

[0022] 所述类抛物线共轭线e1f1的坐标方程由以下公式得到：

[0023]

[0024] 其中，xe1f1为类抛物线共轭线X坐标，ye1f1为类抛物线共轭线Y坐标，φ2为转子型线位置参数且为中间参量，A表示中心距即为齿顶圆弧c1d1和齿根圆弧f1a1半径之和，t2表示类抛物线共轭线e1f1相对圆心旋转的角度；由上述方程消去φ2，得到xe1f1和ye1f1关于参量t2的坐标方程，由此得到类抛物线共轭线e1f1坐标方程。

[0025] 进一步的技术方案：所述转子型线生成的一对啮合转子端面型线完全相同且互相共轭。

[0026] 本发明的另一个目的是提供一种所述双螺杆真空泵光滑转子型线的设计方法，该方法包括以下步骤：

[0027] 步骤1，在转子轴向剖面上，设计连接齿顶圆与节圆的圆弧BC，且所述圆弧BC与齿顶圆光滑连接，将所述圆弧BC经空间坐标变换得到转子端面上的类圆弧b1c1，并求得转子端面上连接齿根圆与节圆的类圆弧共轭线a1b1，其中节圆半径为齿顶圆与齿根圆半径之和的一半；

[0028] 步骤2，在转子轴向剖面上，设计连接齿顶圆与节圆的抛物线DE，且所述抛物线DE与齿顶圆光滑连接，将所述抛物线DE经空间坐标变换得到转子端面上的类抛物线d1e1，并求得转子端面上连接齿根圆与节圆的类抛物线共轭线e1f1；

[0029] 步骤3，在转子端面上添加齿顶圆弧c1d1和齿根圆弧f1a1连接上述曲线，形成封闭的转子端面型线。

[0030] 本发明的有益效果在于：

[0031] (1)本发明所生成的转子光滑无尖点，所述转子型线生成的一对啮合转子在轴向剖面和端面上型线均完全共轭且光滑，啮合性能良好，泄露面积小，能够达到很低的极限真空；同时光滑的转子型线为转子刀具的设计提供了极大的便利，降低了转子的加工成本。

[0032] (2)传统的转子型线设计局限于端面型线设计，没有从轴向剖面上进行型线设计。本发明在设计方法上，不同于传统的端面型线设计方法，本发明采用了轴向型线设计和端面型线设计相结合的方式，从而实现将更多的曲线形式应用到型线设计中。
附图说明

[0033] 图1为本发明所述转子端面型线视图；

[0034] 图2为本发明所述转子轴面型线视图；

[0035] 图3为本发明所述转子型线生成的一对啮合转子的轴向剖面视图；

[0036] 图4为本发明所述转子型线生成的一对啮合转子的三维模型图。

具体实施方式

[0037] 下面结合实施例对本发明技术方案做出更为具体的说明：

[0038] 如图1所示：本发明双螺杆真空泵光滑转子端面型线由首尾依次连接的类圆弧共轭线a1b1、类圆弧b1c1、齿顶圆弧c1d1、类抛物线d1e1、类抛物线共轭线e1f1以及齿根圆弧f1a1组成；

[0039] 所述类圆弧b1c1在转子轴向剖面上为一段圆弧BC，所述圆弧BC经坐标变换得到转子端面型线中所述类圆弧b1c1，所述类圆弧b1c1分别与齿顶圆弧c1d1和类圆弧共轭线a1b1相切；

[0040] 所述类圆弧b1c1的坐标方程由以下公式得到：

[0041]

[0042] 其中，xb1c1为类圆弧b1c1的X坐标，yb1c1为类圆弧b1c1的Y坐标，zBC为所述圆弧BC的Z坐标，yBC为所述圆弧BC的Y坐标，T为转子导程；

[0043] 所述类圆弧共轭线a1b1由所述类圆弧b1c1的共轭包络线经坐标变换得到，所述类圆弧共轭线a1b1分别与齿根圆弧f1a1和类圆弧b1c1相切；

[0044] 所述类圆弧共轭线a1b1的坐标方程由以下公式得到：

[0045]

[0046] 其中，xa1b1为类圆弧共轭线a1b1的X坐标，ya1b1为类圆弧共轭线a1b1的Y坐标，φ1为转子型线位置参数且为中间参量，A表示中心距即为齿顶圆弧c1d1和齿根圆弧f1a1半径之和，t1表示类圆弧共轭线a1b1相对圆心旋转的角度；由上述方程消去φ1，得到xa1b1和ya1b1关于参量t1的坐标方程，由此得到类圆弧共轭线a1b1坐标方程；

[0047] 所述类抛物线d1e1在转子轴向剖面上为一段抛物线DE，该抛物线DE经坐标变换得到转子端面型线中所述类抛物线d1e1，所述类抛物线d1e1分别与齿顶圆弧c1d1和类抛物线共轭线e1f1相切；

[0048] 所述类抛物线d1e1的坐标方程由以下公式得到：

[0049]

[0050] 其中，xd1e1为类抛物线d1e1的X坐标，yd1e1为类抛物线d1e1的Y坐标，zDE为抛物线DE的Z坐标，yDE为抛物线DE的Y坐标，T为转子导程；

[0051] 所述类抛物线共轭线e1f1由所述类抛物线d1e1的共轭包络线经坐标变换得到，所述类抛物线共轭线e1f1分别与齿根圆弧f1a1和类抛物线d1e1相切；

[0052] 所述类抛物线共轭线e1f1的坐标方程由以下公式得到：

[0053]

[0054] 其中，xe1f1为类抛物线共轭线X坐标，ye1f1为类抛物线共轭线Y坐标，φ2为转子型线位置参数且为中间参量，A表示中心距即为齿顶圆弧c1d1和齿根圆弧f1a1半径之和，t2表示类抛物线共轭线e1f1相对圆心旋转的角度；由上述方程消去φ2，得到xe1f1和ye1f1关于参量t2的坐标方程，由此得到类抛物线共轭线e1f1坐标方程。

[0055] 本发明所述双螺杆真空泵光滑转子型线的设计方法，包括以下步骤：

[0056] 步骤1，在转子轴向剖面上，设计连接齿顶圆与节圆的圆弧BC，且所述圆弧BC与齿顶圆光滑连接，将所述圆弧BC经空间坐标变换得到转子端面上的类圆弧b1c1，并求得转子端面上连接齿根圆与节圆的类圆弧共轭线a1b1，其中节圆半径为齿顶圆与齿根圆半径之和的一半；

[0057] 步骤2，在转子轴向剖面上，设计连接齿顶圆与节圆的抛物线DE，且所述抛物线DE与齿顶圆光滑连接，将所述抛物线DE经空间坐标变换得到转子端面上的类抛物线d1e1，并求得转子端面上连接齿根圆与节圆的类抛物线共轭线e1f1；

[0058] 步骤3，在转子端面上添加齿顶圆弧c1d1和齿根圆弧f1a1连接上述曲线，形成封闭的转子端面型线。

[0059] 图2中转子轴面型线中各线段与图1中转子端面型线中各线段呈一一对应关系，其中圆弧共轭线AB对应类圆弧共轭线a1b1，圆弧BC对应类圆弧b1c1，直线CD对应齿顶圆弧c1d1，抛物线DE对应类抛物线d1e1，抛物线共轭线EF对应类抛物线共轭线e1f1，直线FG对应齿根圆弧f1a1。

[0060] 实施例

[0061] 本发明提供的各段型线坐标方程如下：

[0062] 取齿顶圆弧直径D＝40mm、齿根圆弧直径d＝20mm，转子导程T＝40mm。

[0063] 所述圆弧BC在轴向剖面上的参数方程如下：

[0064]

[0065] 将圆弧BC的轴向参数方程带入类圆弧b1c1公式，得到所述类圆弧b1c1在端面上的坐标方程为：

[0066]

[0067] 所述类圆弧共轭线a1b1的坐标方程为：

[0068]

[0069] 由上述方程通过数值方法消去中间参量φ1，得到xa1b1和ya1b1关于参量t1的坐标方程，即为类圆弧共轭线a1b1的坐标方程。

[0070] 所述抛物线DE在轴向剖面上的参数方程如下：

[0071]

[0072] 将抛物线DE的轴向参数方程带入类抛物线d1e1公式，得到所述类抛物线d1e1在端面上的坐标方程为：

[0073]

[0074] 所述类抛物线共轭线e1f1的坐标方程为：

[0075]

[0076] 由上述方程通过数值方法消去中间参量φ2，得到xe1f1和ye1f1关于参量t2的坐标方程，即为类抛物线共轭线e1f1的方程。

[0077] 补充直径分别为40mm和20mm的齿顶圆弧和齿根圆弧。

[0078] 将各段曲线围绕圆心调整角度，构成首尾相接的封闭曲线，即可得到本发明所述的型线。

[0079] 上述角度参数均采用弧度制表示。

[0080] 由图3、图4所示：本发明设计的转子型线生成的一对啮合转子在轴向剖面和端面上型线均完全共轭且光滑。

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