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CN103775341B - 两外形相同的爪式转子对装置 - Google Patents

两外形相同的爪式转子对装置 Download PDF

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CN103775341B CN201210401359.0A CN201210401359A CN103775341B CN 103775341 B CN103775341 B CN 103775341B CN 201210401359 A CN201210401359 A CN 201210401359A CN 103775341 B CN103775341 B CN 103775341B
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Liung Feng Industrial Co Ltd
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Abstract

本发明提供一种两外形相同的爪式转子对装置，由相互啮合的定义转子及共轭转子组成，相互啮合的转子构形相同，该定义转子的第一爪部的断面外形，在逆时针方向依序由外摆线、第一圆弧、第二圆弧、第三圆弧及第四圆弧五段曲线组成，该四段圆弧的交点需满足斜率连续的限制条件，由此限制条件及其几何关系，可以适当选定第二圆弧及第三圆弧的圆心位置、半径、圆弧角的数值，该共轭转子第一爪部的断面外形，可借由计算共轭曲线方式在顺时针方向取得，再经由交错式复制旋转，可分别取得该定义与共轭转子的其它爪部。

Description

两外形相同的爪式转子对装置
技术领域
本发明涉及一种爪式转子对装置，尤其涉及一种相互啮合的转子其构形相同，能够使相互共轭啮合过程顺畅，不会产生噪音及机构疲劳，且能够以参数提供偶数个啮合爪数的两外形相同的爪式转子对装置。
背景技术
现有爪式转子依实际需求的不同，两转子上的爪部有以奇数爪或偶数爪的配合型式，然而，不论以哪一种型式配合，爪式转子的构造基本上包括：两个相互共轭啮合的定义转子与共轭转子，借由该两转子上的爪部进行相互共轭啮合旋转以提供周期性循环的压缩运动，现有相关爪式转子的构造可以参考美国专利案第1,426,820、5,149,256、4,406,601、4,324,538、4,224,016及4,430,050号等。
然而，现有爪式转子存在共同有待改善的瑕疵，即相互啮合过程中会产生噪音与震动的现象，究其原因在于爪式转子的两爪部在尖部曲线形成不连续，因而，在周期性循环的压缩运动过程，定义转子与共轭转子在尖部曲线不顺畅下，使得两爪部相互啮合性不佳，于压缩运动过程将产生噪音与震动，甚或造成因为不当的啮合所产生的摩耗与机构疲劳，而降低使用寿命。
发明内容
本发明的目的在于提供一种两外形相同的爪式转子对装置，该装置能够将相互共轭啮合的定义转子与共轭转子以参数提供偶数个啮合爪数，其相互啮合的转子构形相同并在转子取得连续平顺的运动曲线，借以不但确保两转子在周期性循环的压缩运动过程不会有噪音与震动的现象产生，且能够降低啮合所产生的摩耗与机构疲劳，提高使用寿命。
为实现上述目的，本发明提供一种两外形相同的爪式转子对装置，由相互啮合的定义转子及共轭转子组成，该定义转子及共轭转子具有相同的外径及节圆半径，且外径需大于节圆半径，两转子具有相同的偶数个爪部及相同的爪部断面外形，其中：
该定义转子第一爪部的断面外形，在逆时针方向依序由外摆线、第一圆弧、第二圆弧、第三圆弧、第四圆弧五段曲线组成，其中：四个相连圆弧对应于定义转子圆心的角度等于360度除以爪数，第一圆弧及第四圆弧的圆心位置均位于定义转子的圆心、且具有相同的圆弧角，第一圆弧的半径和定义转子外径相同，第四圆弧的半径为2倍节圆半径减去外径，四个依序相连的各圆弧需满足在各连接点其斜率连续的限制条件，由此限制条件及其几何关系，可以适当选定第二圆弧及第三圆弧的圆心位置、半径、圆弧角的数值；
该共轭转子的第一爪部的断面外形，在顺时针方向依序由第一曲线、第二曲线、第三曲线、第四曲线、外摆线五段组成，第一曲线、第二曲线、第三曲线、第四曲线四段曲线分别为定义转子第一至第四圆弧位于共轭转子的共轭曲线，第一曲线、第二曲线、第三曲线、第四曲线四个相连曲线对应于共轭转子圆心的角度等于360度除以爪数，该外摆线为由定义转子第一爪部的外摆线复制到共轭转子、并经适当旋转而得；
该定义转子的第二爪部的断面外形，在逆时针方向依序由外摆线、第四曲线、第三曲线、第二曲线、第一曲线五段曲线组成，由共轭转子第一爪部的外形复制到定义转子、并经适当旋转而得；
该共轭转子的第二爪部的断面外形，在顺时针方向依序由第四圆弧、第三圆弧、第二圆弧、第一圆弧、外摆线五段曲线组成，由定义转子第一爪部的外形复制到共轭转子、并经适当旋转而得；
该定义转子的第三爪部、第四爪部、第五爪部及第六爪部的断面外形，依序由其第一爪部及第二爪部的断面外形复制旋转而得；
该共轭转子的第三爪部、第四爪部、第五爪部及第六爪部的断面外形，依序由其第一爪部及第二爪部的断面外形复制旋转而得。
该各圆弧需满足在各连接点其斜率连续的限制条件，并透过非线性方程式找出对应的第三圆弧的角度。
该第二圆弧的半径配合非线性方程式推论取得。
该第三圆弧的角度利用正弦定理、函数的微分，并透过解方程式推导。
该第一圆弧与第四圆弧给定的圆弧角为大于零度。
一种两外形相同的爪式转子对装置，由相互啮合的定义转子及共轭转子组成，该定义转子及共轭转子具有相同的外径及节圆半径，且外径需大于节圆半径，该定义转子及共轭转子具有相同的偶数个爪部及相同的爪部断面外形，其中：
该定义转子的第一爪部的断面外形，在逆时针方向依序由外摆线、第二圆弧及第三圆弧三段曲线组成，第二圆弧及第三圆弧该两个相连圆弧对应于定义转子圆心的角度等于360度除以爪数，该外摆线的起始点在距离定义转子圆心2倍节圆半径减去外径的位置、其结束点位于外径的位置，第二圆弧的起始点与外摆线的结束点连接、其圆心位置在该定义转子及共轭转子圆心的连线上，第三圆弧的结束点位于2倍节圆半径减去外径的位置、其位置在定义转子角度等于360度除以爪数的直线方向上，在第二圆弧与第三圆弧的交点需满足斜率连续的限制条件，由此限制条件及其几何关系，可以适当选定第二圆弧及第三圆弧的圆心位置、半径、圆弧角的数值；
该共轭转子的第一爪部的断面外形，在顺时针方向依序由第二曲线、第三曲线、外摆线三段组成，第二曲线、第三曲线两个相连曲线分别为定义转子第二圆弧、第三圆弧位于共轭转子的共轭曲线，第二曲线及第三曲线两个相连曲线对应于共轭转子圆心的角度亦等于360度除以爪数，外摆线为由定义转子第一爪部的外摆线复制到共轭转子、并经适当旋转而得；
该定义转子的第二爪部的断面外形，在逆时针方向依序由外摆线、第三曲线、第二曲线三段曲线组成，此三个相连曲线为由共轭转子第一爪部的外形复制到定义转子、并经适当旋转而得；
该共轭转子的第二爪部的断面外形，在顺时针方向依序由第三圆弧、第二圆弧、外摆线三段组成，由定义转子第一爪部的外形复制到共轭转子、并经适当旋转而得；
该定义转子的第三爪部、第四爪部、第五爪部及第六爪部的断面外形，依序由其第一爪部及第二爪部的断面外形复制旋转而得；
该共轭转子的第三爪部、第四爪部、第五爪部及第六爪部的断面外形，依序由其第一爪部及第二爪部的断面外形复制旋转而得。
该各圆弧需满足在各连接点其斜率连续的限制条件，并透过如下非线性方程式找出对应的第三圆弧角的角度。
该第二圆弧的半径配合非线性方程式推论取得。
该第三圆弧角利用正弦定理、函数的微分，并透过解方程式推导。
该给定的第一圆弧角及第四圆弧角为零度。
本发明的有益效果：本发明两外形相同的爪式转子对装置，能够将相互共轭啮合的定义转子与共轭转子，以参数提供偶数个相同构形的啮合爪数，并在转子爪部的根部与尖部(即爪部的断面外形)取得连续平顺的运动曲线，借以不但确保两转子在周期性循环的压缩运动过程不会有噪音与震动的现象产生，且能够降低啮合所产生的摩耗与机构疲劳，提高使用寿命。
为了能更进一步了解本发明的特征以及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。
附图说明
下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式详细描述，将使本发明的技术方案及其它有益效果显而易见。
附图中，
图1-4为本发明两外形相同的爪式转子对装置的第一实施例。
图5为本发明两外形相同的爪式转子对装置的第二实施例。
图6-8为本发明两外形相同的爪式转子对装置借输入不同参数所取得2爪、4爪及8爪的实施例。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明所采取的技术手段及其效果，以下结合本发明的优选实施例及其附图进行详细描述。
请参阅图1至图4，本发明两外形相同的爪式转子对装置由相互啮合的定义转子100及共轭转子200组成，如图1所示，本第一实施例以取得6爪相同构形的定义转子100与共轭转子200为介绍，该定义转子100的第一爪部的断面外形110，以非线性方程式取得，即可以取得该定义转子100的单一爪部的尖部及根部轮廓，再借由共轭理论取得共轭转子200的单一爪部的尖部及根部轮廓(即如图2所示，共轭转子的第一爪部的断面外形210)，最后分别将定义转子100与共轭转子200的单一爪部尖部及根部轮廓(即第一爪部的断面外形110,210)作交错式复制旋转，即可取得偶数倍的相同爪数与构形的定义转子100与共轭转子200。
请看回图1及图2所示，第一实施例6爪的定义转子100与共轭转子200具有相同的偶数个爪部及相同的爪部断面外形，制造上该定义转子100及共轭转子200具有相同的外径r及节圆半径rp，且外径r需大于节圆半径rp，该定义转子100第一爪部的断面外形110，如图1所示，在逆时针方向依序由外摆线115、第一圆弧111、第二圆弧112、第三圆弧113、第四圆弧114等五段组成，其中：四个相连圆弧对应于定义转子100圆心的角度等于360度除以爪数2n，第一圆弧111及第四圆弧114的圆心位置均位于定义转子100的圆心C1、且具有相同的圆弧角α，第一圆弧111的半径和定义转子外径r相同，第四圆弧114的半径为2倍节圆半径rp减去外径r，四个依序相连的各圆弧需满足在各连接点其斜率连续的限制条件，由此限制条件及其几何关系，可以适当选定第二圆弧112及第三圆弧113的圆心位置CB,CC、半径rB,rC、圆弧角β,γ等数值；上述该第二圆弧112的半径rB由非线性方程式来推论，该非线性方程式为：其中：γ为第三圆弧113的对应角度，b为第三圆弧113的半径rC减去2倍节圆半径rp与定义转子110外径r的差数(b＝rc-(2rp-r))。且，透过如下非线性方程式找出对应的γ值及未知参数：
f 5 ( γ ) = b ( s i n ( π n - 2 α ) - sin γ ) - ( r c - r ) s i n ( π n - ( 2 α + γ ) ) = 0
上述该γ值能够利用正弦定理、函数的微分，并透过解方程式推导。另，该第一圆弧111与第四圆弧114的圆弧角α在代入非线性方程式时给定值为大于零度。
该共轭转子200的第一爪部的断面210外形如图2所示，在顺时针方向依序由第一曲线211、第二曲线212、第三曲线213、第四曲线214、外摆线215等五段组成；其中：第一曲线211、第二曲线212、第三曲线213、第四曲线214等曲线分别为定义转子第一至第四圆弧111,112,113,114位于共轭转子200的共轭曲线，第一曲线211、第二曲线212、第三曲线213、第四曲线214等四个曲线对应于共轭转子圆心C2的角度等于360度除以爪数2n，外摆线215为由定义转子第一爪部110的外摆线115复制到共轭转子200、并经适当旋转而得。
该定义转子100的第二爪部的断面外形120(如图3所示)，在逆时针方向依序由外摆线125、第四曲线124、第三曲线123、第二曲线122、第一曲线121等五段曲线组成，其中：此五段曲线为由共轭转子200第一爪部的外形210(即如图2所示)复制到定义转子100、并经适当旋转而得。该定义转子100的其它爪部(第三爪部及第四爪部、第五爪部及第六爪部、…)的断面外形，依序由其第一爪部110及第二爪部120的断面外形复制旋转而得。
该共轭转子200的第二爪部的断面外形220(如图4所示)，在顺时针方向依序由第四圆弧224、第三圆弧223、第二圆弧222、第一圆弧221、外摆线225等五段曲线组成，其中：此五段相连曲线为由定义转子100第一爪部110(即如图1所示)的外形复制到共轭转子200、并经适当旋转而得。该共轭转子200的其它爪部(第三爪部及第四爪部、第五爪部及第六爪部、…)的断面外形，依序由其第一爪部210及第二爪部220的断面外形复制旋转而得。
续请参阅图5为本发明两外形相同的爪式转子对装置的第二实施例，其同样以取得6爪相同构形的定义转子100与共轭转子200为介绍，与第一实施例的差别在于该定义转子100的第一爪部110的断面外形，在逆时针方向依序仅由外摆线115、第二圆弧112及第三圆弧113等三段曲线组成，另，代入非线性方程式时给定的第一圆弧111及第四圆弧114角度α为等于零度。而该共轭转子200的第一爪部210的断面外形，在顺时针方向依序由第二曲线212、第三曲线213、外摆线215等三段组成，其它的形成构造方式皆与第一实施例相同。
本发明两外形相同的爪式转子对装置在上述以取得6爪相同构形的定义转子100与共轭转子200介绍下，可以清楚理解取得两外形相同的啮合爪数的态样。续请参阅图6至图8，为本发明在所述实施例的条件下，能够以参数提供偶数个啮合爪数，即将爪数2n、节圆半径rp、定义转子100的半径r、各圆弧的半径及圆弧角等以参数设计，借输入不同参数取得2爪、4爪以及8爪等的相同构形的转子，进一步，本发明能够将相互共轭啮合的定义转子100与共轭转子200，以不同参数提供偶数倍个啮合爪数2n，并在转子爪部的根部与尖部取得连续平顺的运动曲线。如图6所示2爪的相关参数为：爪数2n＝2、节圆半径rp＝40、定义转子100的半径r＝60、第三圆弧113的半径rc＝300、第一圆弧111的圆弧角α＝5度、第四圆弧114的圆弧角α＝5度；如图7所示4爪的相关参数为：爪数2n＝4、节圆半径rp＝48、定义转子100的半径r＝60、第三圆弧113的半径rc＝300、第一圆弧111的圆弧角α＝5度、第四圆弧114的圆弧角α＝5度；如图8所示，爪数2n＝8、节圆半径rp＝55、定义转子100的半径r＝60、第三圆弧113的半径rc＝300、第一圆弧111的圆弧角α＝2度、第四圆弧114的圆弧角α＝2度。
综上所述，本发明两外形相同的爪式转子对装置，能够将相互共轭啮合的定义转子100与共轭转子200，以参数提供偶数个相同构形的啮合爪数，并在转子爪部的根部与尖部(即爪部的断面外形)取得连续平顺的运动曲线，借以不但确保两转子在周期性循环的压缩运动过程不会有噪音与震动的现象产生，且能够降低啮合所产生的摩耗与机构疲劳，提高使用寿命。
以上所述，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案和技术构思作出其他各种相应的改变和变形，而所有这些改变和变形都应属于本发明权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种两外形相同的爪式转子对装置，由相互啮合的定义转子及共轭转子组成，其特征在于，该定义转子及共轭转子具有相同的外径及节圆半径，且外径需大于节圆半径，两转子具有相同的偶数个爪部及相同的爪部断面外形，其中：
该定义转子第一爪部的断面外形在逆时针方向依序由外摆线、第一圆弧、第二圆弧、第三圆弧、第四圆弧五段曲线组成，其中：四个相连圆弧对应于定义转子圆心的角度等于360度除以爪数，第一圆弧及第四圆弧的圆心位置均位于定义转子的圆心、且具有相同的圆弧角，第一圆弧的半径和定义转子外径相同，第四圆弧的半径为2倍节圆半径减去外径，四个依序相连的各圆弧需满足在各连接点其斜率连续的限制条件，由此限制条件及其几何关系可以适当选定第二圆弧及第三圆弧的圆心位置、半径、圆弧角的数值；
该共轭转子的第一爪部的断面外形在顺时针方向依序由第一曲线、第二曲线、第三曲线、第四曲线、外摆线五段组成，第一曲线、第二曲线、第三曲线、第四曲线四段曲线分别为定义转子第一至第四圆弧位于共轭转子的共轭曲线，第一曲线、第二曲线、第三曲线、第四曲线四个相连曲线对应于共轭转子圆心的角度等于360度除以爪数，该外摆线为由定义转子第一爪部的外摆线复制到共轭转子、并经适当旋转而得；
该定义转子的第二爪部的断面外形在逆时针方向依序由外摆线、第四曲线、第三曲线、第二曲线、第一曲线五段曲线组成，由共轭转子第一爪部的外形复制到定义转子、并经适当旋转而得；
该共轭转子的第二爪部的断面外形在顺时针方向依序由第四圆弧、第三圆弧、第二圆弧、第一圆弧、外摆线五段曲线组成，由定义转子第一爪部的外形复制到共轭转子、并经适当旋转而得；
该定义转子的第三爪部、第四爪部、第五爪部及第六爪部的断面外形依序由其第一爪部及第二爪部的断面外形复制旋转而得；
该共轭转子的第三爪部、第四爪部、第五爪部及第六爪部的断面外形依序由其第一爪部及第二爪部的断面外形复制旋转而得。
2.如权利要求1所述的两外形相同的爪式转子对装置，其特征在于，该各圆弧需满足在各连接点其斜率连续的限制条件，并透过非线性方程式找出对应的第三圆弧的角度。
3.如权利要求2所述的两外形相同的爪式转子对装置，其特征在于，该定义转子的第一爪部的第二圆弧的半径配合非线性方程式推论取得。
4.如权利要求3所述的两外形相同的爪式转子对装置，其特征在于，该定义转子的第一爪部的第三圆弧的角度利用正弦定理、函数的微分，并透过解方程式推导。
5.如权利要求2所述的两外形相同的爪式转子对装置，其特征在于，该定义转子的第一爪部的第一圆弧与第四圆弧给定的圆弧角为大于零度。
6.一种两外形相同的爪式转子对装置，由相互啮合的定义转子及共轭转子组成，其特征在于，该定义转子及共轭转子具有相同的外径及节圆半径，且外径需大于节圆半径，该定义转子及共轭转子具有相同的偶数个爪部及相同的爪部断面外形，其中：
该定义转子的第一爪部的断面外形在逆时针方向依序由外摆线、第一圆弧、第二圆弧、第三圆弧及第四圆弧组成，其中，代入非线性方程式时第一圆弧与第四圆弧的圆弧角为零度，该相连第二圆弧及第三圆弧对应于定义转子圆心的角度等于360度除以爪数，该外摆线的起始点在距离定义转子圆心2倍节圆半径减去外径的位置、其结束点位于外径的位置，第二圆弧的起始点与外摆线的结束点连接、其圆心位置在该定义转子及共轭转子圆心的连线上，第三圆弧的结束点位于2倍节圆半径减去外径的位置、其位置在定义转子角度等于360度除以爪数的直线方向上，在第二圆弧与第三圆弧的交点需满足斜率连续的限制条件，由此限制条件及其几何关系可以适当选定第二圆弧及第三圆弧的圆心位置、半径、圆弧角的数值；
该共轭转子的第一爪部的断面外形在顺时针方向依序由第二曲线、第三曲线、外摆线三段组成，第二曲线、第三曲线两个相连曲线分别为定义转子第二圆弧、第三圆弧位于共轭转子的共轭曲线，第二曲线及第三曲线两个相连曲线对应于共轭转子圆心的角度亦等于360度除以爪数，外摆线为由定义转子第一爪部的外摆线复制到共轭转子、并经适当旋转而得；
该定义转子的第二爪部的断面外形在逆时针方向依序由外摆线、第三曲线、第二曲线三段曲线组成，此三个相连曲线为由共轭转子第一爪部的外形复制到定义转子、并经适当旋转而得；
该共轭转子的第二爪部的断面外形在顺时针方向依序由第三圆弧、第二圆弧、外摆线三段组成，由定义转子第一爪部的外形复制到共轭转子、并经适当旋转而得；
该定义转子的第三爪部、第四爪部、第五爪部及第六爪部的断面外形依序由其第一爪部及第二爪部的断面外形复制旋转而得；
该共轭转子的第三爪部、第四爪部、第五爪部及第六爪部的断面外形依序由其第一爪部及第二爪部的断面外形复制旋转而得。
7.如权利要求6所述的两外形相同的爪式转子对装置，其特征在于，该定义转子的第一爪部的各圆弧需满足在各连接点其斜率连续的限制条件，并透过非线性方程式找出对应的第三圆弧角的角度。
8.如权利要求7所述的两外形相同的爪式转子对装置，其特征在于，该定义转子的第一爪部的第二圆弧的半径配合非线性方程式推论取得。
9.如权利要求8所述的两外形相同的爪式转子对装置，其特征在于，该定义转子的第一爪部的第三圆弧角利用正弦定理、函数的微分，并透过解方程式推导。
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