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CN111350664B - 一种螺杆转子组及具有该螺杆转子组的氢循环泵 - Google Patents

一种螺杆转子组及具有该螺杆转子组的氢循环泵 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种螺杆转子组和氢循环泵,包括主动转子和从动转子,所述的主动转子与所述的从动转子相互啮合;从动转子型线由直线A1B1,过渡圆弧B1C1,点啮合摆线C1D1和齿根圆弧D1E1组成;主动转子型线由直线共轭包络线A2B2,圆弧共轭包络线B2C2,点啮合摆线C2D2和齿顶圆弧D2E2组成;所述的从动转子型线和主动转子型线均为中心对称。该螺杆转子组结构简单、加工方便。使用具有该转子的双螺杆氢循环泵具有较好的气密性和容积效率。

Description

一种螺杆转子组及具有该螺杆转子组的氢循环泵
技术领域
本发明属于机械工程设计领域,更确切地说涉及一种螺杆转子组及具有该螺杆转子组的氢循环泵。
背景技术
双螺杆氢循环泵是用于氢燃料电池的无油回转机械,继承了双螺杆机械结构简单紧凑、运行稳定、机械振动噪声小,易维护等优点。随着能源需求的日益增长和环境问题不断恶化,氢能源作为新能源已经被发展和普及,应用到飞机、火车以及汽车等工业领域。氢循环泵作为电动汽车的重要部件,在螺杆机械市场的份额不断扩大。
螺杆转子组是双螺杆氢循环泵中的核心部件。螺杆转子组包括一对相互啮合且旋向相反的转子组,所述的转子组包括主动转子和从动转子,所述的主动转子与电机相连,主动转子通过齿轮结构带动从动转子在气缸内转动,从而完成吸排气过程。转子型线是影响循环泵性能的主要因素。现有技术的螺杆转子组结构较复杂,加工较麻烦且成本较高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是,提供一种螺杆转子组,该螺杆转子组结构简单、加工方便。
本发明的技术解决方案是,提供一种具有以下结构的螺杆转子组,包括主动转子和从动转子,所述的主动转子与所述的从动转子相互啮合;从动转子型线由直线 A1B1,过渡圆弧B1C1,点啮合摆线C1D1和齿根圆弧D1E1组成;主动转子型线由直线共轭包络线A2B2,圆弧共轭包络线B2C2,点啮合摆线 C2D2和齿顶圆弧D2E2组成;所述的从动转子型线和主动转子型线均为中心对称。
采用以上结构后,本发明的螺杆转子组,与现有技术相比,具有以下优点:
由于本发明的氢循环泵的螺杆转子组的从动转子型线由直线A1B1,过渡圆弧B1C1,点啮合摆线C1D1和齿根圆弧D1E1组成;所述的主动转子型线由直线共轭包络线A2B2,圆弧共轭包络线B2C2,点啮合摆线C2D2和齿顶圆弧D2E2组成;从动转子和主动转子的型线组成曲线简单,且两转子均关于中心堆成,在运转时无偏心力矩产生,满足静平衡和动平衡条件,且型线完全共轭,满足啮合条件。该螺杆转子组加工简单,节省成本。使用具有该转子的双螺杆氢循环泵具有较好的气密性和容积效率。
作为改进,所述的主动转子与从动转子具有相同的外圆半径和内圆半径,外圆半径为r1e,内圆半径为r1i,中心距为Ac;传动比为i,从动转子坐标定义在坐标系O1X1Y1,主动转子定义在坐标系O2X2Y2
所述的从动转子型线的直线A1B1,直角坐标参数方程为:
Figure BDA0002386036880000021
其中,x011表示直线的X坐标,y011表示直线的Y坐标,t011表示直线的范围。
作为改进,所述的从动转子型线的过渡圆弧B1C1,直角坐标参数方程为:
Figure BDA0002386036880000022
其中,x012表示圆弧的X坐标,y012表示圆弧的Y坐标,t012表示圆弧的旋转角度范围;过渡圆弧在B1点与直线相切;过渡圆弧的圆心在齿底圆弧与横坐标轴的交点,半径为齿底圆弧半径。
作为改进,所述的从动转子型线的摆线B1C1,直角坐标参数方程为:
Figure BDA0002386036880000023
其中,x013表示摆线的X坐标,y013表示摆线的Y坐标,t013表示摆线的啮合转角;摆线在D1点与齿底圆弧相切;摆线的基圆半径为齿根圆半径r1i,滚圆半径为齿顶圆半径r1e,摆径为中心距Ac;啮合转角根据余弦定理求得。
作为改进,所述的从动转子型线的齿根圆弧D1E1,直角坐标参数方程为:
Figure BDA0002386036880000031
其中,x014表示圆弧的X坐标,y014表示圆弧的Y坐标,t014表示圆弧的啮合角度范围;齿底圆弧的圆心坐落从动转子坐标系原点,半径为齿底圆弧半径 r1i;啮合转角为四分之一圆弧。
作为改进,所述的主动转子型线的直线共轭包络线A2B2,通过啮合条件求得直角坐标参数方程为:
Figure BDA0002386036880000032
其中,x021表示包络线的X些标,y021表示包络线的Y坐标,
Figure BDA0002386036880000035
表示啮合转角,k=i+1;啮合条件为非线性方程,通过给定的t值可求得相应的
Figure BDA0002386036880000036
带入方程求得曲线A2B2坐标。
作为改进,所述的主动转子型线的圆弧共轭包络线B2C2,通过啮合条件求得直角坐标参数方程为:
Figure BDA0002386036880000033
作为改进,所述的主动转子型线的摆线C2D2,所述摆线的直角坐标参数方程为:
Figure BDA0002386036880000034
其中,x023表示摆线的X坐标,y023表示摆线的Y坐标,t023表示摆线的啮合转角;摆线在C2点与第二段曲线B2C2相切;摆线的基圆半径为齿根圆半径 r1i,滚圆半径为齿顶圆半径”r1e,摆径为中心距Ac;啮合转角根据余弦定理求得。
作为改进,所述的主动转子型线的齿顶圆弧D2E2,所述圆弧的直角参数方程为:
Figure BDA0002386036880000041
其中,x024表示圆弧的X坐标,y024表示圆弧的Y坐标, t024表示圆弧的啮合角度范围;齿顶圆弧的圆心坐落从动转子坐标系原点,半径为齿顶圆弧半径r1e;啮合转角为四分之一圆弧。
本发明要解决的另一技术问题是,提供一种氢循环泵,该氢循环泵的螺杆转子组结构简单、加工方便、强度高、性能好且使用寿命较长。
本发明的技术解决方案是,提供一种具有以下结构的氢循环泵,包括上述任何一种所述的螺杆转子组。
采用以上结构后,本发明的氢循环泵,与现有技术相比,具有以下优点:
由于本发明的氢循环泵的螺杆转子组的从动转子型线由直线A1B1,过渡圆弧B1C1,点啮合摆线C1D1和齿根圆弧D1E1组成;所述的主动转子型线由直线共轭包络线A2B2,圆弧共轭包络线B2C2,点啮合摆线C2D2和齿顶圆弧D2E2组成;从动转子和主动转子的型线组成曲线简单,且两转子均关于中心堆成,在运转时无偏心力矩产生,满足静平衡和动平衡条件,且型线完全共轭,满足啮合条件。该螺杆转子组加工简单,节省成本。使用具有该转子的双螺杆氢循环泵具有较好的气密性和容积效率。
附图说明
图1为本发明的螺杆转子组的型线的结构示意图。
图2为本发明的螺杆转子组的型线的具体实施例的结构示意图。
具体实施方式
为了更好得理解本申请,将参考附图对本申请的各个方面做出更详细的说明。应理解,这些详细说明只是对本申请的示例性实施方式的描述,而非以任何方式限制本申请的范围。
本发明公开了一种螺杆转子组,包括主动转子和从动转子,所述的主动转子与所述的从动转子相互啮合。
如图1所示,所述的从动转子型线由直线A1B1,过渡圆弧B1C1,点啮合摆线C1D1和齿根圆弧D1E1组成。所述的主动转子型线由直线共轭包络线 A2B2,圆弧共轭包络线B2C2,点啮合摆线C2D2和齿顶圆弧D2E2组成。所述的从动转子型线和主动转子型线均为中心对称。
述的主动转子与从动转子具有相同的外圆半径和内圆半径,外圆半径为r1e,内圆半径为r1i,中心距为Ac。传动比为i,从动转子坐标定义在坐标系 O1X1Y1,主动转子定义在坐标系O2X2Y2。本具体实施例中,取齿顶圆弧直径 r1e为40mm,齿根圆弧直径r1i为20mm,中心距Ac为60mm,型线各段的方程如下,参见图2。
从动转子组成曲线为:
直线A1B1,直角坐标参数方程为:
Figure BDA0002386036880000051
过渡圆弧B1C1,直角坐标参数方程为:
Figure BDA0002386036880000052
摆线C1D1,直角坐标参数方程为:
Figure BDA0002386036880000053
齿底圆弧D1E1,直角参数方程为:
Figure BDA0002386036880000061
主动转子组成曲线为:
第一段曲线A2B2直角参数方程为:
Figure BDA0002386036880000062
第二段曲线B2C2直角参数方程为
Figure BDA0002386036880000063
第三段曲线C2D2直角参数方程为:
Figure BDA0002386036880000064
第四段曲线D2E2直角参数方程为:
Figure BDA0002386036880000065
以上为主动转子与从动转子型线曲线组成介绍,曲线需要通过旋转一定角度连接成一条完整型线,在得到一半型线后,通过旋转得到另一半型线。
本发明还公开了一种氢循环泵,包括上述结构的螺杆转子组。

Claims (10)

1.一种螺杆转子组,包括主动转子和从动转子,所述的主动转子与所述的从动转子相互啮合;其特征在于:从动转子型线由直线A1B1,过渡圆弧B1C1,点啮合摆线C1D1和齿根圆弧D1E1组成;主动转子型线由直线共轭包络线A2B2,圆弧共轭包络线B2C2,点啮合摆线C2D2和齿顶圆弧D2E2组成;所述的从动转子型线和主动转子型线均为中心对称。
2.根据权利要求1所述的螺杆转子组,其特征在于:所述的主动转子与从动转子具有相同的外圆半径和内圆半径,外圆半径为r1e,内圆半径为r1i,中心距为Ac;传动比为i,从动转子坐标定义在坐标系O1X1Y1,主动转子定义在坐标系O2X2Y2;所述的从动转子型线的直线A1B1,直角坐标参数方程为:
Figure DEST_PATH_IMAGE001
其中,x011表示直线的X坐标,y011表示直线的Y坐标,t011表示直线的范围。
3.根据权利要求2所述的螺杆转子组,其特征在于:所述的从动转子型线的过渡圆弧B1C1,直角坐标参数方程为:
Figure 348889DEST_PATH_IMAGE002
其中,x012表示圆弧的X坐标,y012表示圆弧的Y坐标,t012表示圆弧的旋转角度范围;过渡圆弧在B1点与直线相切;过渡圆弧的圆心在齿底圆弧与横坐标轴的交点,半径为齿底圆弧半径。
4.根据权利要求2所述的螺杆转子组,其特征在于:所述的从动转子型线的点啮合摆线C1D1,直角坐标参数方程为:
Figure DEST_PATH_IMAGE003
其中,x013表示摆线的X坐标,y013表示摆线的Y坐标,t013表示摆线的啮合转角;摆线在D1点与齿底圆弧相切;摆线的基圆半径为齿根圆半径r1i,滚圆半径为齿顶圆半径r1e,摆径为中心距Ac;啮合转角根据余弦定理求得。
5.根据权利要求2所述的螺杆转子组,其特征在于:所述的从动转子型线的齿根圆弧D1E1,直角坐标参数方程为:
Figure 266029DEST_PATH_IMAGE004
其中,x014表示圆弧的X坐标,y014表示圆弧的Y坐标,t014表示圆弧的啮合角度范围;齿底圆弧的圆心坐落从动转子坐标系原点,半径为齿底圆弧半径r1i;啮合转角为四分之一圆弧。
6.根据权利要求3所述的螺杆转子组,其特征在于:所述的主动转子型线的直线共轭包络线A2B2,通过啮合条件求得直角坐标参数方程为:
Figure DEST_PATH_IMAGE005
其中,x021表示包络线的X坐标,y021表示包络线的Y坐标, 表示啮合转角,k=i+1;啮合 条件为非线性方程,通过给定的t值可求得相应的
Figure 249029DEST_PATH_IMAGE006
带入方程求得曲线A2B2坐标。
7.根据权利要求4所述的螺杆转子组,其特征在于:所述的主动转子型线的圆弧共轭包络线B2C2,通过啮合条件求得直角坐标参数方程为:
Figure DEST_PATH_IMAGE007
8.根据权利要求5所述的螺杆转子组,其特征在于:所述的主动转子型线的点啮合摆线C2D2,所述摆线的直角坐标参数方程为:
Figure 644238DEST_PATH_IMAGE008
其中,x023表示摆线的X坐标,y023表示摆线的Y坐标,t023表示摆线的啮合转角;摆线在C2点与第二段曲线B2C2相切;摆线的基圆半径为齿根圆半径r1i,滚圆半径为齿顶圆半径r1e,摆径为中心距Ac;啮合转角根据余弦定理求得。
9.根据权利要求6所述的螺杆转子组,其特征在于:所述的主动转子型线的齿顶圆弧D2E2,所述圆弧的直角参数方程为:
Figure DEST_PATH_IMAGE009
其中,x024表示圆弧的X坐标,y024表示圆弧的Y坐标,t024表示圆弧的啮合角度范围;齿顶圆弧的圆心坐落从动转子坐标系原点,半径为齿顶圆弧半径r1e;啮合转角为四分之一圆弧。
10.一种氢循环泵,其特征在于:包括如权利要求1至9任何一项所述的螺杆转子组。
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