CN114151335B - 耐高温的双螺杆机的转子端面齿型 - Google Patents

Abstract

耐高温的双螺杆机的转子端面齿型，阴转子的外圆直径小于阴转子的节圆直径，阴转子和阳转子的端面齿型的齿条型线均由七段曲线首尾光滑连接而成，阴转子端面的各齿型的齿曲线包括顺序连接的曲线段A2B2、圆弧段B2C2、曲线段C2D2、曲线段D2E2、曲线段E2F2、圆弧段F2G2和圆弧段G2H2。阳转子端面的各齿型的齿曲线包括曲线段A1B1、曲线段B1C1、曲线段C1D1、圆弧段D1E1、曲线段E1F1、曲线段F1G1和圆弧段G1H1。采用本发明转子端面齿型的阴转子和阳转子留有较小的间隙，在高温下膨胀余量达到临界值时，擦碰位置比较小，不会卡死，能够磨合出一段比较小的间隙，且齿型没有交叉点，更加光滑。

Description

耐高温的双螺杆机的转子端面齿型

技术领域

本发明涉及双螺杆机的转子端面齿型。

背景技术

双螺杆机包括双螺杆压缩机、双螺杆膨胀机等，双螺杆机的转子运行在不同温度下，会存在不同程度的热变形，因此需要在设计转子间隙时预先留有膨胀余量。此外，双螺杆机是阴、阳两个转子相互啮合作用，形成齿间容积变化来实现压缩或膨胀，如果转子间隙设计得偏小，当温度升高到膨胀余量不足的临界值时，阴、阳转子之间会发生擦碰，当温度进一步升高，转子可能咬死，无法继续旋转工作。而如果转子间隙设计的偏大，转子之间的缝隙过大，则会增大机器内部的泄漏量，降低机器的工作效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种双螺杆机的转子端面齿型，采用该转子端面齿型的阴转子和阳转子留有较小的间隙，在高温下膨胀余量达到临界值时，擦碰位置比较小，不会卡死，能够磨合出一段比较小的间隙，且齿型没有交叉点，更加光滑。

根据本发明实施例的耐高温的双螺杆机的转子端面齿型，双螺杆机包括阴转子和阳转子，阴转子的外圆直径小于阴转子的节圆直径；阴转子的端面及阳转子的端面的各齿型均由七段曲线首尾光滑连接而成，其中：阴转子端面的各齿型的齿曲线包括顺序连接的曲线段A2B2、圆弧段B2C2、曲线段C2D2、曲线段D2E2、曲线段E2F2、圆弧段F2G2和圆弧段G2H2；阴转子的曲线段A2B2、曲线段C2D2和曲线段D2E2分别由齿条型线上的圆弧段A4B4、椭圆弧段C4D4和圆弧包络线段D4E4从齿条型线坐标系转换至阴转子坐标系而获得，阴转子的曲线段E2F2由阴、阳转子的啮合线上的圆弧段E3F3从啮合线坐标系转换至阴转子坐标系而获得；阳转子端面的各齿型的齿曲线包括曲线段A1B1、曲线段B1C1、曲线段C1D1、圆弧段D1E1、曲线段E1F1、曲线段F1G1和圆弧段G1H1；阳转子的曲线段A1B1、曲线段B1C1、曲线段C1D1和曲线段F1G1分别由齿条型线上的圆弧段A4B4、圆弧包络线段B4C4、椭圆弧段C4D4和圆弧包络线段F4G4从齿条型线坐标系转换至阳转子坐标系而获得，阳转子的曲线段E1F1由阴、阳转子的啮合线上的圆弧段E3F3从啮合线坐标系转换至阳转子坐标系而获得。

本发明实施例的双螺杆机的转子端面齿型相比其他齿型至少具有以下优点和特点：

1.本实施例不同于常规的单边型线(阴转子外圆直径与阴转子节圆直径相等)和双边型线(阴转子外圆直径大于阴转子节圆直径)，其阴转子的外圆直径小于阴转子的节圆直径，如此避免了转子在节圆位置的啮合，有利于转子自磨合；

2.本实施例在阴、阳转子上容易因为擦碰导致转子胀死的位置，在阴转子上选择了小圆弧B2C2、F2G2作为端面齿型的组成段，发生擦碰时为线接触，范围小，损伤程度小，有一定的自磨合性能，不易胀死；

3.阴转子的曲线段E2F2、以及阳转子的曲线段E1F1由阴、阳转子的啮合线上的圆弧段E3F3从啮合线坐标系转换至阴转子坐标系、阳转子坐标系而获得，可消除齿型的交叉点，使齿型更加光滑；

4.本实施例的齿型接触线长度比较短，泄露三角形非常小，几乎可以忽略不计，降低了转子泄漏的面积，有利于提高容积效率。

附图说明

图1示出了本发明一实施例的阴转子的齿型线示意图。

图2和图3分别示出了图1的P1部分和P2部分的局部放大示意图。

图4示出了本发明一实施例的阳转子的齿型线示意图。

图5示出了图4的P3部分的局部放大示意图。

图6示出了本发明一实施例的阴转子和阳转子的齿条型线的示意图。

图7示出了图6的P4部分的局部放大示意图。

图8示出了本发明一实施例的阴转子和阳转子的啮合线的示意图。

图9示出了图8的P5部分的局部放大示意图。

图10示出了本发明一实施例的阴转子和阳转子在相互啮合时的示意图。

图中：Om是阳转子的圆心，Of是阴转子的圆心；L是阴转子与阳转子的中心距。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明双螺杆压缩机转子端面齿型进行详细说明。

请参阅图1至图10。根据本发明一实施例的双螺杆机包括阴转子F和阳转子M。阴转子F的齿数多于阳转子的齿数。阴转子F的外圆直径小于阴转子F的节圆直径。阴转子F的端面及阳转子M的端面的各齿型均由七段曲线首尾光滑连接而成。

阴转子端面的各齿型的齿曲线包括顺序连接的曲线段A2B2、圆弧段B2C2、曲线段C2D2、曲线段D2E2、曲线段E2F2、圆弧段F2G2和圆弧段G2H2；阴转子的曲线段A2B2、曲线段C2D2和曲线段D2E2分别由齿条型线400上的圆弧段A4B4、椭圆弧段C4D4和圆弧包络线段D4E4从齿条型线坐标系转换至阴转子坐标系而获得，阴转子的曲线段E2F2由阴、阳转子的啮合线300上的圆弧段E3F3从啮合线坐标系转换至阴转子坐标系而获得。

齿条型线坐标系转化为阴转子坐标系的公式如下所示：

x2(t)＝x4(t)*cos(sitar2(t))+(y4(t)+R2t*sitar2)*sin(sitar2(t))；

y2(t)＝-x4(t)*sin(sitar2(t))+(y4(t)+R2t*sitar2)*cos(sitar2(t))；

sitar2(t)＝-(y4(t)-(R2t-x4(t))/k4(t))/R2t；

R2t＝A/(z1+z2)*z2；

其中，x4(t)、y4(t)为齿条型线方程的X坐标和Y坐标，k4(t)为齿条型线方程的切线斜率，sitar2(t)为一个中间变量，R2t为阴转子节圆半径，z1为阳转子齿数，z2为阴转子齿数，x2(t)、y2(t)为阴转子端面型线方程的X坐标和Y坐标，t为参数。

啮合线坐标系转化为阴转子坐标系的公式如下所示：

x2(t)＝x3(t)*cos(phi2(t))-y3(t)*sin(phi2(t))；

y2(t)＝x3(t)*sin(phi2(t))+y3(t)*cos(phi2(t))；

其中，x3(t)、y3(t)为啮合线方程的X坐标和Y坐标，k3(t)为啮合线方程的切线斜率，phi2(t)为一个中间变量，R2t为阴转子节圆半径，x2(t)、y2(t)为阴转子端面型线方程的X坐标和Y坐标，t为参数。

本实施例中，圆弧段B2C2和圆弧段F2G2为预先指定的转子自磨合圆弧；这些转子自磨合圆弧所处的位置预留有较小的间隙，会在高温热态运行过程中进行磨合，为阴、阳转子上容易因为擦碰导致转子胀死的位置，本实施例在阴转子选择了圆弧段B2C2和圆弧段F2G2作为阴转子端面齿型的组成段之后，由于发生擦碰时为线接触，损伤程度小，有一定的自磨合性能，不易胀死。

阳转子端面的各齿型的齿曲线包括曲线段A1B1、曲线段B1C1、曲线段C1D1、圆弧段D1E1、曲线段E1F1、曲线段F1G1和圆弧段G1H1；阳转子的曲线段A1B1、曲线段B1C1、曲线段C1D1和曲线段F1G1分别由齿条型线上的圆弧段A4B4、圆弧包络线段B4C4、椭圆弧段C4D4和圆弧包络线段F4G4从齿条型线坐标系转换至阳转子坐标系而获得，阳转子的曲线段E1F1由阴、阳转子的啮合线上的圆弧段E3F3从啮合线坐标系转换至阳转子坐标系而获得。

齿条型线坐标系转化为阳转子坐标系的公式如下所示：

x1(t)＝L-x4(t)*cos(sitar1(t))-(y4(t)+R1t*sitar1(t))*sin(sitar1(t))；

y1＝-x4(t)*sin(sitar1(t))+(y4(t)+R1t*sitar1(t))*cos(sitar1(t))；

sitar1(t)＝-(y4(t)-(R1t-x4(t))/k4(t))/R1t/z1*z2；

R2t＝L/(z1+z2)*z1；

其中，x4(t)、y4(t)为齿条型线方程的X坐标和Y坐标，k4(t)为齿条型线方程的切线斜率，sitar1(t)为一个中间变量，R1t为阳转子节圆半径，z1为阳转子齿数，z2为阴转子齿数，x1(t)、y1(t)为阳转子端面型线方程的X坐标和Y坐标，t为参数，L是阴转子与阳转子的中心距。

啮合线坐标系转化为阳转子坐标系的公式如下所示：

x1(t)＝x3(t)*cos(phi1(t))-y3(t)*sin(phi1(t))；

y1(t)＝x3(t)*sin(phi1(t))+y3(t)*cos(phi1(t))；

其中，x3(t)、y3(t)为啮合线方程的X坐标和Y坐标，k3(t)为啮合线方程的切线斜率，phi1(t)为一个中间变量，R1t为阳转子节圆半径，x1(t)、y1(t)为阳转子端面型线方程的X坐标和Y坐标。

阴转子的曲线段E2F2、以及阳转子的曲线段E1F1分别由阴、阳转子的啮合线上的圆弧段E3F3从啮合线坐标系转换至阴转子坐标系、阳转子坐标系而获得，可消除齿型的交叉点，使齿型更加光滑。

在本实施例中，阴转子F与阳转子M的齿条型线中：

阴转子的圆弧段B2C2是以阴转子外圆内部的O2为圆心、半径为R2的一段圆弧，R1＝n2*L，0.03≤n2≤0.1，L为阴转子与阳转子的中心距；阴转子的圆弧段F2G2是以阴转子外圆内部的O6为圆心、半径为R6的一段圆弧，R6＝n6*L，0.03≤n2≤0.1；阴转子的圆弧段G2H2是以Of为圆心、半径为R7f的一段圆弧，R7f等于阴转子的外径的一半，圆弧段G2H2的弧度b7f的取值范围为0＜b7f＜30°，Of为阴转子的圆心；

阳转子的圆弧段D1E1是以阳转子外圆内部的O4为圆心、半径为R4的一段圆弧，R4＝n4*L，0.01≤n4≤0.05；阳转子的圆弧段G1H1是以Om为圆心、半径为R7m的一段圆弧，R7m等于阳转子的底径的一半，圆弧段G2H2的弧度b7m为：b7m＝b7f*z2/z1，z2为阴转子的齿数，z1为阳转子的齿数，Om为阳转子的圆心。

请参阅图8和图9。阴转子和阳转子的端面齿型的啮合线由七段曲线首尾光滑连接而成，该七段曲线依次包括曲线段A3B3、曲线段B3C3、曲线段C3D3、曲线段D3E3、圆弧段E3F3、曲线段F3G3和曲线段G3H3；其中，曲线段G3H3的起点G3、终点H3以及曲线段A3B3的起点A3为同一点。在本实施例中，啮合线的圆弧段E3F3是以阴转子外圆内部的O5为圆心、半径为R5的一段圆弧，R5＝n5*L，0.01≤n5≤0.1。

请参阅图6和图7。在本实施例中，阴转子和阳转子的端面齿型的齿条型线由七段曲线首尾光滑连接而成，该七段曲线依次包括圆弧段A4B4、圆弧包络线段B4C4、椭圆弧段C4D4、圆弧包络线段D4E4、包络曲线段E4F4、圆弧包络线段F4G4和竖直线段G4H4；其中：圆弧包络线段B4C4为阴转子的圆弧段B2C2在齿条型线上的包络线，圆弧包络线段D4E4为阳转子的圆弧段D1E1在齿条型线上的包络线，圆弧包络线段F4G4为阴转子的圆弧段F2G2在齿条型线上的包络线，包络曲线段E4F4为阴转子的曲线段E2F2以及阳转子的曲线段E1F1在齿条型线上的包络线(曲线段E2F2和曲线段E1F1在齿条型线上的包络线是同一条包络线)，竖直线段G4H4在阴转子上的共轭曲线为圆弧段G2H2，竖直线段G4H4在阳转子上的共轭曲线为圆弧段G1H1。

齿条型线中：

圆弧段A4B4是以O1为圆心、半径为R1的一段圆弧，R1＝n1*L，0.01≤n1≤0.05，圆心O1与圆弧段A4B4的起点A4在同一条水平直线上；

椭圆弧段C4D4是以阳转子节圆外部的O3为中心、长轴为R3a、短轴为R3b的一段椭圆弧；R3a＝n3a*L，0.3＜n3a≤0.5；R3b＝n3b*L，0.1≤n3b＜0.3，椭圆弧C4D4在起点C4处与圆弧包络线段B4C4光滑连接，在终点D4处与圆弧包络线段D4E4光滑连接，椭圆弧段C4D4的起点C4到中心O3的距离为R3C，椭圆弧段C4D4的终点D4到中心O3的距离为R3D。

在一个具体的实施方式中，阳转子的齿数z1为3，阴转子的齿数z2为6，转子中心距L等于160mm。阳转子和阴转子的外径均为204mm，阳转子和阴转子的底径均为116mm，阳转子的节圆直径为106.67mm，阴转子的节圆直径为213.33mm。

本发明实施例的双螺杆压缩机转子端面齿型可用于螺杆压缩机、螺杆膨胀机、螺杆真空泵、螺杆鼓风机等螺杆式机械。

Claims (6)

1.耐高温的双螺杆机的转子端面齿型，所述双螺杆机包括阴转子和阳转子，其特征在于，所述阴转子的外圆直径小于所述阴转子的节圆直径；所述阴转子的端面及所述阳转子的端面的各齿型均由七段曲线首尾光滑连接而成，其中：

所述阴转子端面的各齿型的齿曲线包括顺序连接的曲线段A2B2、圆弧段B2C2、曲线段C2D2、曲线段D2E2、曲线段E2F2、圆弧段F2G2和圆弧段G2H2；阴转子的曲线段A2B2、曲线段C2D2和曲线段D2E2分别由齿条型线上的圆弧段A4B4、椭圆弧段C4D4和圆弧包络线段D4E4从齿条型线坐标系转换至阴转子坐标系而获得，阴转子的曲线段E2F2由阴、阳转子的啮合线上的圆弧段E3F3从啮合线坐标系转换至阴转子坐标系而获得；

所述阳转子端面的各齿型的齿曲线包括曲线段A1B1、曲线段B1C1、曲线段C1D1、圆弧段D1E1、曲线段E1F1、曲线段F1G1和圆弧段G1H1；阳转子的曲线段A1B1、曲线段B1C1、曲线段C1D1和曲线段F1G1分别由齿条型线上的圆弧段A4B4、圆弧包络线段B4C4、椭圆弧段C4D4和圆弧包络线段F4G4从齿条型线坐标系转换至阳转子坐标系而获得，阳转子的曲线段E1F1由阴、阳转子的啮合线上的圆弧段E3F3从啮合线坐标系转换至阳转子坐标系而获得；

阴转子的圆弧段B2C2是以阴转子外圆内部的O2为圆心、半径为R2的一段圆弧，R2＝n2*L，0.03≤n2≤0.1，L为阴转子与阳转子的中心距；阴转子的圆弧段F2G2是以阴转子外圆内部的O6为圆心、半径为R6的一段圆弧，R6＝n6*L，0.03≤n2≤0.1；阴转子的圆弧段G2H2是以Of为圆心、半径为R7f的一段圆弧，R7f等于阴转子的外径的一半，圆弧段G2H2的弧度b7f的取值范围为0＜b7f＜30°，Of为阴转子的圆心；

阳转子的圆弧段D1E1是以阳转子外圆内部的O4为圆心、半径为R4的一段圆弧，R4＝n4*L，0.01≤n4≤0.05；阳转子的圆弧段G1H1是以Om为圆心、半径为R7m的一段圆弧，R7m等于阳转子的底径的一半，圆弧段G2H2的弧度b7m为：b7m＝b7f*z2/z1，z2为阴转子的齿数，z1为阳转子的齿数，Om为阳转子的圆心。

2.根据权利要求1所述的双螺杆机的转子端面齿型，其特征在于，啮合线的圆弧段E3F3是以阴转子外圆内部的O5为圆心、半径为R5的一段圆弧，R5＝n5*L，0.01≤n5≤0.1。

3.根据权利要求1所述的双螺杆机的转子端面齿型，其特征在于，所述阴转子和所述阳转子的端面齿型的齿条型线由七段曲线首尾光滑连接而成，该七段曲线依次包括圆弧段A4B4、圆弧包络线段B4C4、椭圆弧段C4D4、圆弧包络线段D4E4、包络曲线段E4F4、圆弧包络线段F4G4和竖直线段G4H4；其中：圆弧包络线段B4C4为阴转子的圆弧段B2C2在齿条型线上的包络线，圆弧包络线段D4E4为阳转子的圆弧段D1E1在齿条型线上的包络线，圆弧包络线段F4G4为阴转子的圆弧段F2G2在齿条型线上的包络线，包络曲线段E4F4为阴转子的曲线段E2F2以及阳转子的曲线段E1F1在齿条型线上的包络线，竖直线段G4H4在阴转子上的共轭曲线为圆弧段G2H2，竖直线段G4H4在阳转子上的共轭曲线为圆弧段G1H1。

4.根据权利要求3所述的双螺杆机的转子端面齿型，其特征在于，所述齿条型线中：

圆弧段A4B4是以O1为圆心、半径为R1的一段圆弧，R1＝n1*L，0.01≤n1≤0.05，圆心O1与圆弧段A4B4的起点A4在同一条水平直线上；

椭圆弧段C4D4是以阳转子节圆外部的O3为中心、长轴为R3a、短轴为R3b的一段椭圆弧；R3a＝n3a*L，0.3＜n3a≤0.5；R3b＝n3b*L，0.1≤n3b＜0.3，椭圆弧C4D4在起点C4处与圆弧包络线段B4C4光滑连接，在终点D4处与圆弧包络线段D4E4光滑连接。

5.根据权利要求1所述的双螺杆机的转子端面齿型，其特征在于，所述阴转子的齿数多于所述阳转子的齿数。

6.根据权利要求1所述的双螺杆机的转子端面齿型，其特征在于，所述双螺杆机为螺杆压缩机、螺杆膨胀机、螺杆真空泵或螺杆鼓风机。