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一种 冷压机 转子

阅读：520发布：2020-05-12

专利汇可以提供一种冷压机转子专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种冷压机转子，包括第一转子、第二转子，每个转子所产生的齿形由修正摆线、摆线、齿根圆弧、伪阿基米德线、伪阿基米德线共轭包络线、齿顶圆弧以及上述所有6段曲线关于原点对称曲线组成，本发明所形成的冷压机转子齿形，两转子形状完全相同，转子关于原点对称，端面质心位于原点上，且修正摆线提高了转子的稳定性和可靠性。本发明所产生的冷压机，可以提高螺杆冷压机的稳定性能，并且降低转子的加工成本。，下面是一种冷压机转子专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种冷压机转子，其特征在于：包括第一转子和第二转子，第一转子型线与第二转子型线相同且旋向相反，且第一转子与第二转子型线完全共轭，每个转子的型线分别由修正摆线、摆线、齿根圆弧、伪阿基米德线、伪阿基米德线共轭包络线、齿顶圆弧共六段曲线，以及上述六段曲线关于同一原点的对称曲线依次首尾相接构成；
具体第一转子组成为修正摆线ab、摆线bc、齿根圆弧cd、伪阿基米德线de、伪阿基米德线共轭包络线ef、齿顶圆弧fg以及分别与上述曲线关于原点对称的修正摆线gh、摆线hi、齿根圆弧ij、伪阿基米德线jk、伪阿基米德线共轭包络线kl、齿顶圆弧la组成；
第一转子型线组成如下：
ab段：以b点为摆线生成点，O1b为摆线摆径，生成的摆线与以O1为圆心的大圆交于a点，以O1为圆心的极角范围可取1.7°～2.2°；
bc段：以a点为摆线生成点，O1a为摆线摆径，生成的摆线与以O1为圆心的小圆交于c点，以O1为圆心的极角范围与ab段相同；
cd段：以O1为圆心的小圆的一段齿根圆弧，起始点和终点分别为c点和d点，以O1为圆心的极角范围可取15°～18°；
de段：一段与cd段相切的伪阿基米德螺线，其形成方法为：以d点和e点生成的阿基米德螺线的基础上，乘以余弦函数得到，以O1为圆心的极角范围可取60°～75°；
ef段：de段伪阿基米德线形成的共轭包络线，以O1为圆心的极角范围与de段相同；
fg段：一段以O1为圆心的大圆上的齿顶圆弧，起始点和终点分别为f点和g点，以O1为圆心的极角范围与cd段相同；
gh段、hi段、ij段、jk段、kl段、la段分别与ab段、bc段、cd段、de段、ef段、fg段关于O1对称；
其中，伪阿基米德螺线与伪阿基米德螺线共轭包络线相接于节圆上e点，且在e点相切；
第二转子与第一转子型线相同，转子旋向相反；
修正摆线ab的坐标方程为：
其中，xab为ab段X坐标，yab为ab段Y坐标，L为修正摆线的摆径，t1为修正摆线ab对应其圆心转过的角度，A为一对转子的中心距，即齿顶圆弧和齿根圆弧半径之和，为修正摆线ab对应坐标原点的极角范围，上述公式为关于t1为变量的方程组；
摆线bc的坐标方程由下得到：
其中，xbc为摆线段bc的X坐标，ybc为摆线段bc的Y坐标，L2为摆线段bc的摆径，t2为摆线段bc对应圆心转过的角度；
齿根圆弧cd的坐标方程由下得到：
其中，xcd为齿根圆弧cd的X坐标，ycd为齿根圆弧cd的Y坐标，d为以O1为圆心的齿根圆的直径，t3为齿根圆弧cd对应圆心转过的角度；
伪阿基米德线de的坐标方程由下得到：
其中，xde为伪阿基米德线de的X坐标，yde为伪阿基米德线de的Y坐标，r为节圆半径，即中心距的一半，p0为伪阿基米德线关于圆心O1的极角的2倍，t4为伪阿基米德线对应圆心转过的角度；
伪阿基米德线共轭包络线ef段的坐标方程由下得到：
其中，xef为伪阿基米德线共轭包络线ef的X坐标，yef为伪阿基米德线共轭包络线ef的Y坐标，φ1为转子型线位置参数(中间参量)，t5为伪阿基米德线共轭包络线对应圆心旋转的角度；由上述方程可以消去中间参量φ1，得到xef、yef关于参量t5的坐标方程，即为伪阿基米德线共轭包络线ef方程；
齿顶圆弧fg的坐标方程如下：
其中xfg为fg段X坐标，yfg为fg段Y坐标，D为以O1为圆心的齿顶圆直径，t6为齿顶圆弧对应其圆心所转过的角度；
gh段、hi段、ij段、jk段、kl段、la段分别与ab段、bc段、cd段、de段、ef段、fg段关于O1对称；
第二转子型线与第一转子型线相同，是将第一转子型线逆时针旋转即可得到第二转子型线，其中为修正摆线ab对应坐标原点的极角范围，每一个转子都关于其对应圆心对称，保证了转子的质心在转子旋转轴上，且一对转子完全啮合；
上文X坐标、Y坐标均为直角坐标系的坐标。

说明书全文

一种冷压机 转子

技术领域

[0001] 本发明涉及冷压机领域，具体是一种冷压机转子。

背景技术

[0002] 冷压机是一种抽吸容器内蒸汽获得低压环境的机械设备。过冷氦，指低于4.2K的液氦，一般采用常温压缩机或冷压机对液氦容器减压获得。常温压缩机将抽吸的冷氦蒸汽经换热器加热后进入常温管道，而冷压机抽吸的气体仍然在低温系统内，参与低温换热器的冷却和低温冷却气体的供应，因此常温压缩机所需的换热结构复杂；同时，对于常温压缩机，由于蒸发氦气从低温环境下进入常温换热器，气体剧烈膨胀，增大了压缩机的工作负荷，因此常温压缩机的流量和体积都比较大，以200W@3.5K冷量压缩机为例，采用常温压缩机的流量约为600m3/h，而采用冷压机的流量仅为6.53m3/h，压缩机马达的能耗将大大降低，可以有效节约能源。因此，采用冷压机获得过冷氦，将提高系统冷量的利用率和经济性能，并极大的减少了压缩机的流量和尺寸，有效节约了空间成本。

[0003] 目前现有的资料中，大多分析的是2K以下kW级别的大型低温制冷系统，普遍采用离心式冷压机，然而对于kW级别以下，3.5K左右的过冷氦的制取，离心机的工况不再稳定，容易发生喘振，且压比较低，需要多级串联。相比较的，螺杆机械具有适应性强，动平衡性能好，具有强制输气的特点，可以通过排气孔口的设计调节压比，压比可以达到10甚至更高，避免了离心机的多级串联，并且螺杆机可以在宽广的流量范围内正常工作，提高了冷压机的稳定性。然而，目前可以查阅的文献中，尚没有出现采用螺杆式的冷压机。

[0004] 螺杆冷压机，从本质上来说，是一种螺杆真空泵，目前现有的螺杆真空泵大多为单头型线，动平衡性能欠佳，需采用在螺杆上打平衡孔的办法来避免转子的振动。对于冷压机来说，极低的液氦温区的温度和很高的电机转速，在转子上打孔是不适合的，因此需要发明一种能够完全共轭且能够实现自平衡的螺杆转子型线。

[0005] 同时，现有的螺杆转子型线中，大多含有摆线段，摆线段与齿顶圆弧的交点，是一个十分尖锐的点，无论在加工、运输和实际运行过程中，都容易磨损，而这个点同时也是摆线的生成点，对于转子的密封性能有着重要的作用。

发明内容

[0006] 本发明的目的是提供一种冷压机转子，以解决现有技术存在的问题。

[0007] 为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

[0008] 一种冷压机转子，其特征在于：包括第一转子和第二转子，第一转子型线与第二转子型线相同且旋向相反，且第一转子与第二转子型线完全共轭，每个转子的型线分别由修正摆线、摆线、齿根圆弧、伪阿基米德线、伪阿基米德线共轭包络线、齿顶圆弧共六段曲线，以及上述六段曲线关于同一原点的对称曲线依次首尾相接构成。

[0009] 所述的一种冷压机转子，其特征在于：第一转子和第二转子分别具有对称结构并可实现自平衡。

[0010] 本发明型线完全共轭，采用本发明的冷压机转子运行工况稳定，适应性强，一对转子端面型线相同，旋向相反，降低加工成本低。

[0011] 本发明具有如下优点：

[0012] 1)型线形成的转子质心位于旋转轴上，无需动平衡孔。

[0013] 2)型线具有摆线修正，转子在实际运行中，可靠性高。

[0014] 3)第一转子和第二转子的型线完全共轭，在运行中，不会脱齿，也不会干涉，密封性能良好。

[0015] 4)型线转子生成的螺杆冷压机，相比较于离心冷压机，具有很强的适应性，能够在宽广的工况条件下稳定工作。附图说明

[0016] 图1为本发明所述冷压机转子的端面型线；

[0017] 图2为本发明所述冷压机转子三维模型图。

具体实施方式

[0018] 一种冷压机转子，包括第一转子和第二转子，第一转子型线与第二转子型线相同且旋向相反，且第一转子与第二转子型线完全共轭，每个转子的型线分别由修正摆线、摆线、齿根圆弧、伪阿基米德线、伪阿基米德线共轭包络线、齿顶圆弧共六段曲线，以及上述六段曲线关于同一原点的对称曲线依次首尾相接构成。第一转子和第二转子分别具有对称结构并可实现自平衡。

[0019] 如图1所示，第一转子组成为修正摆线ab、摆线bc、齿根圆弧cd、伪阿基米德线de、伪阿基米德线共轭包络线ef、齿顶圆弧fg以及分别与上述曲线关于原点对称的修正摆线gh、摆线hi、齿根圆弧ij、伪阿基米德线jk、伪阿基米德线共轭包络线kl、齿顶圆弧la组成。第二转子型线与第一转子型线相同，图1所示第二转子位置，是将第一转子型线逆时针旋转即可得到第二转子型线，其中为修正摆线ab对应坐标原点的极角范围，每一个转子都关于其对应圆心对称，保证了转子的质心在转子旋转轴上，且一对转子完全啮合。

[0020] 第一转子型线组成如下：

[0021] ab段：以b点为摆线生成点，O1b为摆线摆径，生成的摆线与以O1为圆心的大圆交于a点，以O1为圆心的极角范围可取1.7°～2.2°；

[0022] bc段：以a点为摆线生成点，O1a为摆线摆径，生成的摆线与以O1为圆心的小圆交于c点，以O1为圆心的极角范围与ab段相同；

[0023] cd段：以O1为圆心的小圆的一段齿根圆弧，起始点和终点分别为c点和d点，以O1为圆心的极角范围可取15°～18°；

[0024] de段：一段与cd段相切的伪阿基米德螺线，其形成方法为：以d点和e点生成的阿基米德螺线的基础上，乘以余弦函数得到，以O1为圆心的极角范围可取60°～75°；

[0025] ef段：de段伪阿基米德线形成的共轭包络线，以O1为圆心的极角范围与de段相同；

[0026] fg段：一段以O1为圆心的大圆上的齿顶圆弧，起始点和终点分别为f点和g点，以O1为圆心的极角范围与cd段相同；

[0027] gh段、hi段、ij段、jk段、kl段、la段分别与ab段、bc段、cd段、de段、ef段、fg段关于O1对称；

[0028] 其中，伪阿基米德螺线与伪阿基米德螺线共轭包络线相接于节圆上e点，且在e点相切。

[0029] 第二转子与第一转子型线相同，转子旋向相反。

[0030] 修正摆线ab的坐标方程为：

[0031]

[0032] 其中，xab为ab段X坐标，yab为ab段Y坐标，L为修正摆线的摆径，t1为修正摆线ab对应其圆心转过的角度，A为一对转子的中心距，即齿顶圆弧和齿根圆弧半径之和，为修正摆线ab对应坐标原点的极角范围，上述公式为关于t1为变量的方程组。

[0033] 摆线bc的坐标方程由下得到：

[0034]

[0035] 其中，xbc为摆线段bc的X坐标，ybc为摆线段bc的Y坐标，L2为摆线段bc的摆径，t2为摆线段bc对应圆心转过的角度。

[0036] 齿根圆弧cd的坐标方程由下得到：

[0037]

[0038] 其中，xcd为齿根圆弧cd的X坐标，ycd为齿根圆弧cd的Y坐标，d为以O1为圆心的齿根圆的直径，t3为齿根圆弧cd对应圆心转过的角度。

[0039] 伪阿基米德线de的坐标方程由下得到：

[0040]

[0041] 其中，xde为伪阿基米德线de的X坐标，yde为伪阿基米德线de的Y坐标，r为节圆半径，即中心距的一半，p0为伪阿基米德线关于圆心O1的极角的2倍，t4为伪阿基米德线对应圆心转过的角度。

[0042] 伪阿基米德线共轭包络线ef段的坐标方程由下得到：

[0043]

[0044] 其中，xef为伪阿基米德线共轭包络线ef的X坐标，yef为伪阿基米德线共轭包络线ef的Y坐标，φ1为转子型线位置参数(中间参量)，t5为伪阿基米德线共轭包络线对应圆心旋转的角度。由上述方程可以消去中间参量φ1，得到xef、yef关于参量t5的坐标方程，即为伪阿基米德线共轭包络线ef方程。

[0045] 齿顶圆弧fg的坐标方程如下：

[0046]

[0047] 其中xfg为fg段X坐标，yfg为fg段Y坐标，D为以O1为圆心的齿顶圆直径，t6为齿顶圆弧对应其圆心所转过的角度。

[0048] gh段、hi段、ij段、jk段、kl段、la段分别与ab段、bc段、cd段、de段、ef段、fg段关于O1对称。

[0049] 图1所示第二转子位置，是将第一转子型线逆时针旋转即可得到第二转子型线。

[0050] 上文X坐标、Y坐标均为直角坐标系的坐标。

[0051] 实施例

[0052] 本发明提供的各段型线方程如下：

[0053] 取D＝130mm，d＝66mm，p0＝0.8π，L＝0.475D，L2＝0.5D。

[0054] 修正摆线ab的坐标方程为：

[0055]

[0056] 0≤t1≤38.3°

[0057] 摆线bc坐标方程由下得到：

[0058]

[0059] 38.3°≤t2≤40.6°

[0060] 齿根圆弧cd的坐标方程由下得到：

[0061]

[0062] 90°≤t3≤105.8°

[0063] 伪阿基米德线de的坐标方程由下得到：

[0064]

[0065] 105.8°≤t4≤177.8°

[0066] 伪阿基米德线共轭包络线ef段的坐标方程由下得到：

[0067]

[0068] 由上述方程可以消去中间参量φ1，得到xef、yef关于参量t5的坐标方程，即为伪阿基米德线共轭包络线ef方程。

[0069] 齿顶圆弧fg的坐标方程如下：

[0070]

[0071] 249.8°≤t6≤265.6°

[0072] gh段、hi段、ij段、jk段、kl段、la段分别与ab段、bc段、cd段、de段、ef段、fg段关于O1对称。

[0073] 图1所示第二转子位置，是将第一转子型线逆时针旋转4.4°即可得到第二转子型线。

[0074] 图2为本发明所述型线生成的冷压机转子的三维模型。

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