技术领域
背景技术
[0002] 爪式转子是爪式
压缩机或爪式
真空泵的关键部件,包含有2个形状相同且能够实现共轭
啮合的爪式转子,在工作中,通过2个爪式转子的同步异向双回转运动,实现2个爪式转子轮廓型线的相互啮合,以提供周期性变化的
工作腔容积,实现气体的吸入、压缩和排出。在工作中2个爪式转子型线的啮合特性对其工作性能起到至关重要的作用,而现有的爪式转子型线都存在以下缺点:在爪顶处,爪顶端圆弧与摆线是不光滑连接的,在连接点处存在2个尖点,使得爪式转子型线在工作啮合时,这2个尖点与摆线相啮合,其结果是在尖点处很容易产生应
力集中和
变形,且依靠点与曲线之间的啮合实现密封的效果也较差,介质在尖点啮合处的
泄漏较大,此外在尖点处还易产生磨损,最终降低爪式转子的使用寿命。
[0003] 本发明提出一种爪式转子型线,在爪顶处采用2段小圆弧将爪顶圆弧与其它型线光滑连接,消除了原有爪式转子型线的2个尖点,工作中实现圆弧与曲线的啮合;该爪式转子型线不但能够实现正确的啮合,而且能够有效地提高爪式转子的强度和啮合
密封性,使得该转子型线能够适用于更高转速、更高压力和更高
温度的使用场合,提高了转子型线的性能和使用寿命;同时该爪式转子比原有的爪式转子所形成的
余隙容积小,进一步提高该爪式转子的性能,对于丰富爪式转子型线类型和促进爪式压缩机和爪式
真空泵的发展都具有重要的意义。
发明内容
[0004] 本发明提供一种爪式转子型线,每个转子由5段圆弧和3段摆线的法向等距曲线连接而成,所构成的转子除与
节圆圆弧相连接处不光滑外,其它型线都是光滑连接的。
[0005] 所提出的爪式转子型线的特点是:该爪式转子型线由圆弧和摆线的法向等距曲线构成,该爪式转子型线在齿顶处不存在不光滑连接点,即不存在尖点连接,
齿顶圆弧与其它型线实现光滑连接,工作中实现圆弧与摆线的法向等距曲线相啮合。因而所提出的爪式转子具有较高的强度,提高了使用寿命,适用于较高的转速、较高的压力和较高的温度的使用场合,扩大了爪式压缩机和爪式真空泵的应用范围;同时该爪式转子型线在工作啮合中形成较小的余隙容积,提高了容积效率。
[0006] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:根据爪式转子在工作中的同步异向双回转运动规律,根据型线的共轭啮合原理,确定该运动方式下与圆弧共轭啮合的曲线为摆线的法向等距曲线,得到其型线方程,确定圆弧和摆线的法向等距曲线的相对
位置,使之光滑连接,得到整个爪式转子型线,该爪式转子型线包括5段圆弧和3段摆线的法向等距曲线,其中3段摆线的法向等距曲线是具有相同的方程形式。
[0007] 本发明的有益效果是:①该爪式转子型线的爪顶型线和爪底型线部分是光滑连接的,没有尖点;整个爪式转子型线除了与节圆圆弧相连接的两点是不光滑点外,其余型线都是光滑连接的;在爪顶处爪顶圆弧与其它型线实现光滑连接,不存在尖点连接;相互啮合的2个爪式转子完全相同,且在工作中能够实现曲线与曲线的正确啮合。②所提出的爪式转子型线在爪顶与爪顶圆弧相连接处没有尖点,增强了爪式转子型线啮合的密封性能,提高了爪式转子强度和性能,能够适用于较高的工作转速、较高的工作压力和较高的
工作温度,扩大了爪式转子的使用范围。③所提出的爪式转子型线在工作啮合时,形成较小的余隙容积,进一步提高了爪式转子的性能。④所提出的爪式转子在工作中可以减轻噪音和振动,具有较高的综合性能。
附图说明
[0008] 下面结合附图对本发明做进一步说明。
[0009] 图1是原有的爪式转子型线图。
[0010] 图2是原有的2个爪式转子的工作啮合图。
[0011] 图3是所提出的爪式转子型线图。
[0012] 图4是所提出的2个爪式转子在工作中的相对位置图。
[0013] 图5是所提出的2个爪式转子在工作中各曲线间的啮合图。
[0014] 图6是所提出的双爪爪式转子型线图。
[0015] 图7是所提出的2个双爪爪式转子的啮合图。
[0016] 图8是所提出的三爪爪式转子型线图。
[0017] 图9是所提出的2个三爪爪式转子的啮合图。
[0018] 图中:1-摆线;2-齿顶圆弧;3-摆线;4-节圆圆弧;5-摆线;6-齿底圆弧;201-左侧爪式转子;202-右侧爪式转子;301-摆线的法向等距曲线;302-圆弧;303-爪顶圆弧;304-圆弧;305-摆线的法向等距曲线;306-节圆圆弧;307-摆线的法向等距曲线;308-齿底圆弧;401-左侧爪式转子;402-右侧爪式转子。
具体实施方式
[0019] 如图1所示,原有的爪式转子型线由3段圆弧和3段摆线构成,从节圆开始按逆
时针方向依次为:节圆圆弧FA、摆线AB、爪底圆弧BC、摆线CD、爪顶圆弧DE和摆线EF;其中爪顶圆弧DE的2个连接点D点和E点为不光滑点,即尖点。
[0020] 如图2所示,为原有的2个爪式转子的工作啮合图;2个爪式转子型线相同,相对旋转错开一定
角度,在工作啮合时,2个爪式转子进行同步异向双回转运动。(a)图中左侧转子的摆线AB、摆线CD分别与右侧转子的点e、点d相啮合;(b)图中左侧转子的点E、点D分别与右侧转子的摆线ab、摆线cd相啮合;可见原有的爪式转子型线在工作中进行点与曲线的啮合。
[0021] 如图3所示,所提出的爪式转子型线由5段圆弧和3段摆线的法向等距曲线构成,从节圆开始按逆时针方向依次为:节圆圆弧HA、摆线的法向等距曲线AB、爪底圆弧BC、摆线的法向等距曲线CD、圆弧DE、爪顶圆弧EF、圆弧FG和摆线的法向等距曲线GH;其中除了与节圆圆弧HA的2个连接点H点和A点以外,该爪式转子的其它各型线之间都能够实现光滑连接,不存在尖点,在工作中实现曲线与曲线的啮合,具有较高的综合性能;每段曲线的方程如下:
[0022] 曲线301,摆线的法向等距曲线CD的方程为:
[0023]
[0024] 其中,
[0025] 曲线302,圆弧DE的方程为:
[0026]
[0027] 曲线303,圆弧EF的方程为:
[0028]
[0029] 曲线304,圆弧FG的方程为:
[0030]
[0031] 曲线305,摆线的法向等距曲线GH是将型线CD所在曲线以原点O为基点,逆时针旋转α角后得到的,其方程为:
[0032]
[0033] 曲线306,圆弧HA的方程为:
[0034]
[0035] 曲线307,摆线的法向等距曲线AB是将型线CD所在曲线以原点O为基点,顺时针旋转β角后得到的,其方程为:
[0036]
[0037] 曲线308,圆弧BC的方程为:
[0038]
[0039] 以上:t-为角度参数,rad;R1-为节圆半径,mm;R2-为爪顶圆弧半径,mm;R3-为爪底圆弧半径,mm;L-为两转子中心距,mm,且L=2R1=R2+R3;R4,R5-为圆弧半径,mm;(XDE,YDE)-为圆弧DE的圆心点坐标;(XFG,YFG)-为圆弧FG的圆心点坐标;α,β-为角度,rad。
[0040] 如图4所示,为所提出的2个爪式转子在工作中的相对位置,相互啮合的2个爪式转子型线相同,在工作啮合时,2个爪式转子进行同步异向双回转运动;左侧转子的节圆圆弧HA、摆线的法向等距曲线AB、爪底圆弧BC、摆线的法向等距曲线CD、圆弧DE、爪顶圆弧EF和圆弧FG,分别与右侧转子的节圆圆弧ah、圆弧gf、爪顶圆弧fe、圆弧ed、摆线的法向等距曲线dc、爪底圆弧cb和摆线的法向等距曲线ba相啮合,左侧转子的摆线的法向等距曲线GH和右侧转子的摆线的法向等距曲线hg不参与啮合。
[0041] 如图5所示,为2个所提出的爪式转子在工作中各曲线间的啮合图,(a)~(i)图中各相邻图所对应的
主轴转角相错10°;即(a)图到(b)图左侧转子顺时针旋转10°,右侧转子逆时针旋转10°;(b)图到(c)图左侧转子顺时针旋转10°,右侧转子逆时针旋转10°;以此类推。在(a)、(b)和(c)图中,左侧转子的摆线的法向等距曲线CD与右侧转子的圆弧ed相互啮合;在(c)和(d)图中,左侧转子的圆弧BC与右侧转子的圆弧fe相啮合;
在(c)、(d)和(e)图中,左侧转子的摆线的法向等距曲线AB与右侧转子的圆弧gf相啮合;
在(e)、(f)和(g)图中,左侧转子的圆弧FG与右侧转子的摆线的法向等距曲线ba相啮合;
在(f)和(g)图中,左侧转子的圆弧EF与右侧转子的圆弧cb相啮合;在(g)、(h)和(i)图中,左侧转子的圆弧DE和右侧转子的摆线的法向等距曲线dc相啮合;在(i)图中,左侧转子的节圆圆弧HA和右侧转子的节圆圆弧ah相啮合;左侧转子的摆线的法向等距曲线GH和右侧转子的法向等距曲线hg始终不参与啮合。
[0042] 如图6所示,为所提出的双爪爪式转子型线,双爪爪式转子型线是单爪爪式转子型线在节圆上通过180°均匀列阵得到的,每个双爪转子上有2组相同爪顶和爪底型线部分,相错180°,其型线与单爪爪式转子型线相同,除了节圆圆弧的连接点以外,双爪爪式转子的其它各组成型线都能够实现光滑连接,在爪顶处不存在尖点,在工作中2个双爪爪式转子能够实现曲线与曲线的啮合,能够实现正确啮合。
[0043] 如图7所示,为2个所提出双爪爪式转子的啮合图,相互啮合的2个双爪爪式转子型线完全相同,在工作中2个双爪爪式转子进行同步异向双回转运动,能够实现正确啮合。
[0044] 如图8所示,为所提出的三爪爪式转子型线,三爪爪式转子型线是单爪爪式转子型线在节圆上通过120°均匀列阵得到的,每个三爪转子上有3组相同爪顶和爪底型线部分,相错120°,其型线与单爪爪式转子型线相同,除了节圆圆弧的连接点以外,三爪爪式转子的其它各组成型线都能够实现光滑连接,在爪顶处不存在尖点,在工作中2个三爪爪式转子能够实现曲线与曲线的啮合,能够实现正确啮合。
[0045] 如图9所示,为2个所提出三爪爪式转子的啮合图,相互啮合的2个三爪爪式转子型线完全相同,在工作中2个三爪爪式转子进行同步异向双回转运动,能够实现正确啮合。