一种螺杆真空泵的螺杆组件转让专利
申请号 : CN201611092878.8
文献号 : CN106401957B
文献日 : 2018-07-06
发明人 : 柯建汝
申请人 : 浙江创为真空设备股份有限公司
摘要 :
本发明提供了一种螺杆真空泵的螺杆组件，属于真空泵技术领域。它解决了现有螺杆真空泵的螺杆组件中螺杆的使用寿命相对较低等技术问题。本螺杆真空泵的螺杆组件包括两根端面型线相同、旋向相反的螺杆，螺杆的端面型线由依次连接的一段齿顶圆弧段、一段摆线段、一段齿根圆段、一段弧线段和一段弧线包络线段组成，齿顶圆弧段和摆线段之间通过圆弧过渡段平滑过渡，弧线段为内凹的圆弧线，弧线段与齿根圆段平滑过渡，弧线包络线段为外凸的弧线，弧线段与弧线包络线段平滑过渡，弧线包络线段与齿顶圆弧段平滑过渡，其中一根螺杆上的弧线段与另一根螺杆上的弧线包络线段共轭。本发明具有提高螺杆的使用寿命的优点。
权利要求 :
1.一种螺杆真空泵的螺杆组件，包括两根端面型线相同、旋向相反的螺杆(1)，所述螺杆(1)的端面型线由依次连接的一段齿顶圆弧段(2)、一段摆线段(3)、一段齿根圆段(4)、一段弧线段(5)和一段弧线包络线段(6)组成，所述齿顶圆弧段(2)和摆线段(3)之间通过圆弧过渡段(7)平滑过渡，所述弧线段(5)为内凹的圆弧线，所述弧线段(5)与齿根圆段(4)平滑过渡，所述弧线包络线段(6)为外凸的弧线，所述弧线段(5)与弧线包络线段(6)平滑过渡，所述弧线包络线段(6)与齿顶圆弧段(2)平滑过渡，其中一根螺杆(1)上的弧线段(5)与另一根螺杆(1)上的弧线包络线段(6)共轭，其特征在于，所述齿根圆段(4)的方程式为：式中t3为变量，Rn为齿根圆段(4)的半径，t3的取值范围t3∈
[0,π-β]，β为弧线包络线段(6)对应的圆心角,β的取值范围为β∈[π/8，π/4]。
2.根据权利要求1所述的螺杆真空泵的螺杆组件，其特征在于，所述弧线包络线段(6)的曲率自与齿顶圆弧段(2)相连的一端向另一端增大。
3.根据权利要求1或2所述的螺杆真空泵的螺杆组件，其特征在于，所述弧线包络线段(6)的方程式为： 式中r为弧线段(5)的半径，b为弧线段(5)的圆心到端面型线中心的距离；Ro为节圆，Ro的大小为Ro＝(Rn+Rm)/2，其中Rm为齿顶圆弧段(2)的半径；t1为变量，t1的取值范围t1∈[0，β]；θ是以t1为变量的应变量，关系式为:tgθ＝(bsin2t1-Rosint1)/(bcos2t1-Rocost1)。
4.根据权利要求3所述的螺杆真空泵的螺杆组件，其特征在于，弧线段(5)的圆心到端面型线中心的距离b的方程式为：b＝(Ro2-Rn2)/(2Rocosβ-2Rn)。
5.根据权利要求3所述的螺杆真空泵的螺杆组件，其特征在于，弧线段(5)的半径r的方程式为：r＝b-Rn。
6.根据权利要求3所述的螺杆真空泵的螺杆组件，其特征在于，所述弧线段(5)的方程式为：式中t2为变量，t2的取值
范围t2∈[0,acos((r2+b2-Ro2)/2rb)]。
7.根据权利要求3所述的螺杆真空泵的螺杆组件，其特征在于，所述齿顶圆弧段(2)的方程式为： 式中：t4为变量，t4的取值范围t4∈[0,π-β]。
8.根据权利要求3所述的螺杆真空泵的螺杆组件，其特征在于，所述摆线段(3)的方程式为：式中t5为变量，取值范围t5∈[0,
acos(Ro/Rm)]。
9.根据权利要求1或2所述的螺杆真空泵的螺杆组件，其特征在于，所述圆弧过渡段(7)的半径范围为0～0.2mm。
说明书 :
一种螺杆真空泵的螺杆组件
技术领域
[0001] 本发明属于真空泵设备技术领域，涉及一种螺杆真空泵的螺杆组件。
背景技术
[0002] 螺杆真空泵是利用一对螺杆在泵壳中作同步高速反向旋转而产生的吸气和排气作用的抽气设备，它是油封式真空泵的更新换代产品，能抽除含有大量水蒸汽及少量粉尘的气体场合，在国内各大制药和化工企业得到广泛应用。
[0003] 螺杆真空泵的关键技术是互相啮合的螺杆，互相啮合的螺杆关键是端面型线，螺杆的端面型线，即转子的齿面与转子轴线垂直面的截交线；端面型线直接影响到螺杆真空泵的性能，如密封性、效率、面积利用系数等，同时决定了泵的加工制造成本。
[0004] 中国专利文献公开了一种双螺杆真空泵转子型线及其设计方法【授权公告号CN102979731B】，转子型线由点啮合摆线、点啮合外摆线、齿根圆弧、类阿基米德螺线、类阿基米德螺线的共轭包络线和齿顶圆弧组成。该专利中的点啮合摆线和齿顶圆弧之间以及点啮合摆线和点啮合外摆线均为非平滑过渡，具有尖点，该结构导致螺杆在加工时难度较大，导致不易加工；同时在使用时气流对螺杆冲刷磨损较严重，导致螺杆的使用寿命相对较低。
发明内容
[0005] 本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种螺杆真空泵的螺杆组件，本发明解决的技术问题是在保证两根螺杆能实现正确的啮合的情况下使得螺杆加工方便并提高螺杆的使用寿命。
[0006] 本发明的目的可通过下列技术方案来实现：
[0007] 一种螺杆真空泵的螺杆组件，包括两根端面型线相同、旋向相反的螺杆，所述螺杆的端面型线由依次连接的一段齿顶圆弧段、一段摆线段、一段齿根圆段、一段弧线段和一段弧线包络线段组成，其特征在于，所述齿顶圆弧段和摆线段之间通过圆弧过渡段平滑过渡，所述弧线段为内凹的圆弧线，所述弧线段与齿根圆段平滑过渡，所述弧线包络线段为外凸的弧线，所述弧线段与弧线包络线段平滑过渡，所述弧线包络线段与齿顶圆弧段平滑过渡，其中一根螺杆上的弧线段与另一根螺杆上的弧线包络线段共轭。
[0008] 采用上述端面型线的两根螺杆在异向同步旋转时能实现正确的啮合，保证螺杆真空泵的正常运行；具体来说，在旋转时其中一根螺杆的弧线段与另一根螺杆上的弧线包络线段啮合，其中一根螺杆的弧线包络线段与另一根螺杆上的弧线段啮合，其中一根螺杆的齿根圆段与另一根螺杆上的齿顶圆弧段啮合，其中一根螺杆的摆线段与另一根螺杆上的圆弧过渡段啮合，其中一根螺杆的圆弧过渡段与另一根螺杆上的摆线段啮合，其中一根螺杆的齿顶圆弧段与另一根螺杆上的齿根圆段啮合；螺杆的端面型线各段均为平滑过渡，无尖点，使得加工方便；在使用时螺杆转子的各个面之间平滑过渡能提高螺杆转子耐冲刷磨损的能力，进而提高了螺杆的使用寿命。
[0009] 在上述的螺杆真空泵的螺杆组件中，所述弧线包络线段的曲率自与齿顶圆弧段相连的一端向另一端增大。弧线包络线段的结构能保证两根螺杆在异向同步旋转时能实现正确的啮合。
[0010] 在上述的螺杆真空泵的螺杆组件中，所述弧线包络线段的方程式为：式中r为弧线段的半径，b为弧线段的圆心到端面型线中心
的距离；Ro为节圆，Ro的大小为Ro＝(Rn+Rm)/2，其中Rm为齿顶圆弧段的半径，Rn为齿根圆段的半径；t1为变量，t1的取值范围t1∈[0，β],β为弧线包络线段对应的圆心角,β的取值范围为β∈[π/8，π/4]；θ是以t1为变量的应变量，关系式为:tgθ＝(b sin 2t1-Ro sin t1)/(b cos 2t1-Ro cos t1)。上述弧线包络线段能保证两根螺杆在异向同步旋转时能实现正确的啮合；同时使得弧线包络线段与弧线段以及齿顶圆弧段平滑过渡，使得螺杆加工方便并提高螺杆使用寿命。
的距离；Ro为节圆，Ro的大小为Ro＝(Rn+Rm)/2，其中Rm为齿顶圆弧段的半径，Rn为齿根圆段的半径；t1为变量，t1的取值范围t1∈[0，β],β为弧线包络线段对应的圆心角,β的取值范围为β∈[π/8，π/4]；θ是以t1为变量的应变量，关系式为:tgθ＝(b sin 2t1-Ro sin t1)/(b cos 2t1-Ro cos t1)。上述弧线包络线段能保证两根螺杆在异向同步旋转时能实现正确的啮合；同时使得弧线包络线段与弧线段以及齿顶圆弧段平滑过渡，使得螺杆加工方便并提高螺杆使用寿命。
[0011] 在上述的螺杆真空泵的螺杆组件中，弧线段的圆心到端面型线中心的距离b的方2 2
程式为：b＝(Ro-Rn)/(2Ro cosβ-2 Rn)。该弧线段的圆心与端面型线中心的距离能保证两根螺杆在异向同步旋转时能实现正确的啮合。
程式为：b＝(Ro-Rn)/(2Ro cosβ-2 Rn)。该弧线段的圆心与端面型线中心的距离能保证两根螺杆在异向同步旋转时能实现正确的啮合。
[0012] 在上述的螺杆真空泵的螺杆组件中，弧线段的半径r的方程式为：r＝b-Rn。该弧线段的半径能保证两根螺杆在异向同步旋转时能实现正确的啮合。
[0013] 在上述的螺杆真空泵的螺杆组件中，所述弧线段的方程式为：式中t2为变量，t2的取值范
围t2∈[0,a cos((r2+b2-Ro2)/2rb)]。弧线段对应的圆心角和弧线包络线段对应的圆心角相同。上述弧线段能保证两根螺杆在异向同步旋转时能实现正确的啮合；同时使得弧线段与弧线包络线段以及齿根圆段平滑过渡，使得螺杆加工方便并提高螺杆使用寿命。
围t2∈[0,a cos((r2+b2-Ro2)/2rb)]。弧线段对应的圆心角和弧线包络线段对应的圆心角相同。上述弧线段能保证两根螺杆在异向同步旋转时能实现正确的啮合；同时使得弧线段与弧线包络线段以及齿根圆段平滑过渡，使得螺杆加工方便并提高螺杆使用寿命。
[0014] 在上述的螺杆真空泵的螺杆组件中，所述齿根圆段的方程式为：式中t3为变量，t3的取值范围t3∈[0,π-β]。上述齿根圆段与弧
线段以及弧线包络线段相匹配，保证两根螺杆在异向同步旋转时能实现正确的啮合；同时使得齿根圆段与弧线段平滑过渡，使得螺杆加工方便并提高螺杆使用寿命。
线段以及弧线包络线段相匹配，保证两根螺杆在异向同步旋转时能实现正确的啮合；同时使得齿根圆段与弧线段平滑过渡，使得螺杆加工方便并提高螺杆使用寿命。
[0015] 在上述的螺杆真空泵的螺杆组件中，所述齿顶圆弧段的方程式为：式中：t4为变量，t4的取值范围t4∈[0,π-β]。上述齿顶圆弧段与弧
线段以及弧线包络线段相匹配，保证两根螺杆在异向同步旋转时能实现正确的啮合；同时使得齿顶圆弧段与弧线包络线段平滑过渡，使得螺杆加工方便并提高螺杆使用寿命。
线段以及弧线包络线段相匹配，保证两根螺杆在异向同步旋转时能实现正确的啮合；同时使得齿顶圆弧段与弧线包络线段平滑过渡，使得螺杆加工方便并提高螺杆使用寿命。
[0016] 在上述的螺杆真空泵的螺杆组件中，所述摆线段的方程式为：式中t5为变量，取值范围t5∈[0,a cos
(Ro/Rm)]。上述摆线段与弧线段以及弧线包络线段相匹配，保证两根螺杆在异向同步旋转时能实现正确的啮合；同时使得齿顶圆弧段与弧线包络线段平滑过渡，使得螺杆加工方便并提高螺杆使用寿命
(Ro/Rm)]。上述摆线段与弧线段以及弧线包络线段相匹配，保证两根螺杆在异向同步旋转时能实现正确的啮合；同时使得齿顶圆弧段与弧线包络线段平滑过渡，使得螺杆加工方便并提高螺杆使用寿命
[0017] 在上述的螺杆真空泵的螺杆组件中，所述圆弧过渡段的半径范围为0～0.2mm。满足该条件圆弧过渡段能与对应螺杆上的摆线段啮合，并使得齿顶圆弧段与齿根圆段平滑过渡，使得螺杆加工方便并提高螺杆使用寿命。
[0018] 与现有技术相比，本螺杆真空泵的螺杆组件具有使得两根螺杆在异向同步旋转时能实现正确的啮合；螺杆的端面型线各段均为平滑过渡，具有加工方便的优点，同时螺杆转子耐冲刷磨损，使得螺杆具有螺杆的使用寿命的优点。
附图说明
[0019] 图1是本螺杆组件中两个螺杆啮合时的局部剖视示意图。
[0020] 图2是本螺杆组件的转子型线的结构示意图。
[0021] 图3是图2中A部的放大结构示意图。
[0022] 图4是β取值范围在β∈[22.5°，45°]时弧线段与弧线包络线段变化范围的示意图。
[0023] 图5是两根螺杆每转动15°时不同角度的状态图。
[0024] 图中，1、螺杆；2、齿顶圆弧段；3、摆线段；4、齿根圆段；5、弧线段；6、弧线包络线段；7、圆弧过渡段。
具体实施方式
[0025] 以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
[0026] 如图1至图3所示，螺杆真空泵的螺杆组件包括两根端面型线相同、旋向相反的螺杆1，螺杆1的端面型线由依次连接的一段齿顶圆弧段2、一段摆线段3、一段齿根圆段4、一段弧线段5和一段弧线包络线段6组成，齿顶圆弧段2和摆线段3之间通过圆弧过渡段7平滑过渡，圆弧过渡段7的半径范围为0～0.2mm，作为优选，圆弧过渡段7的半径范围为0.05mm或者0.1mm或者0.15mm；弧线段5为内凹的圆弧线，弧线段5与齿根圆段4平滑过渡，弧线包络线段
6为外凸的弧线，弧线包络线段6的曲率自与齿顶圆弧段2相连的一端向另一端增大，弧线段
5与弧线包络线段6平滑过渡，弧线包络线段6与齿顶圆弧段2平滑过渡，其中一根螺杆1上的弧线段5与另一根螺杆1上的弧线包络线段6共轭。
6为外凸的弧线，弧线包络线段6的曲率自与齿顶圆弧段2相连的一端向另一端增大，弧线段
5与弧线包络线段6平滑过渡，弧线包络线段6与齿顶圆弧段2平滑过渡，其中一根螺杆1上的弧线段5与另一根螺杆1上的弧线包络线段6共轭。
[0027] 弧线包络线段6的方程式为： 式中r为弧线段5的半2
径，r的大小为r＝b-Rn；b为弧线段5的圆心到端面型线中心的距离，b的大小为b＝(Ro -Rn2)/(2Ro cosβ-2Rn)；Ro为节圆，Ro的大小为Ro＝(Rn+Rm)/2，其中Rm为齿顶圆弧段2的半径，Rn为齿根圆段4的半径；t1为变量，t1的取值范围t1∈[0，β],β为弧线包络线段6对应的圆心角,β的取值范围为β∈[π/8，π/4]；θ是以t1为变量的应变量，关系式为：tgθ＝(b sin
2t1-Ro sin t1)/(b cos 2t1-Ro cos t1)。如图4所示，在β的取值较小时，弧线段5的半径较小，弧线段5的圆心到端面型线中心的距离也较小，相对的弧线段5内凹程度较大，在β的取值较大时，弧线段5的半径较大，弧线段5的圆心到端面型线中心的距离也较大，相对的弧线段5内凹程度较小。
径，r的大小为r＝b-Rn；b为弧线段5的圆心到端面型线中心的距离，b的大小为b＝(Ro -Rn2)/(2Ro cosβ-2Rn)；Ro为节圆，Ro的大小为Ro＝(Rn+Rm)/2，其中Rm为齿顶圆弧段2的半径，Rn为齿根圆段4的半径；t1为变量，t1的取值范围t1∈[0，β],β为弧线包络线段6对应的圆心角,β的取值范围为β∈[π/8，π/4]；θ是以t1为变量的应变量，关系式为：tgθ＝(b sin
2t1-Ro sin t1)/(b cos 2t1-Ro cos t1)。如图4所示，在β的取值较小时，弧线段5的半径较小，弧线段5的圆心到端面型线中心的距离也较小，相对的弧线段5内凹程度较大，在β的取值较大时，弧线段5的半径较大，弧线段5的圆心到端面型线中心的距离也较大，相对的弧线段5内凹程度较小。
[0028] 弧线段5的方程式为：
[0029] 式中t2为变量，t2的取值范围t2∈[0,a cos((r2+b2-Ro2)/2rb)]。
[0030] 齿根圆段4的方程式为： 式中t3为变量，t3的取值范围t3∈[0,π-β]。
[0031] 齿顶圆弧段2的方程式为： 式中：t4为变量，t4的取值范围t4∈[0,π-β]。
[0032] 摆线段3的方程式为： 式中t5为变量，取值范围t5∈[0,a cos(Ro/Rm)]。
[0033] 本实施例中，当节圆半径Ro＝10，齿顶圆弧段2的半径Rm＝15，弧线包络线段6对应的圆心角β＝π/6时，齿根圆段4的半径Rn＝2*Ro-Rm＝20-15＝5，弧线段5的圆心到端面型线中心的距离b＝(Ro2-Rn2)/(2Ro cosβ-2Rn)≈10.245，弧线段5的半径r＝b-Rn＝5.245，弧线包络线段6为 t1的取值范围t1∈[0，π/6]，θ是以t1为变量的应变量，关系式为：tgθ＝(10.245 sin 2t1-10 sin t1)/(10.245 cos 2t1-10 cos t1)；
[0034] 弧线段5为： t2为变量，t2的取值范围t2∈[0,a cos(0.660646915)]；齿根圆段4为： 式中t3为变量，t3的取值范围
t3∈[0,5π/6]；
t3∈[0,5π/6]；
[0035] 齿顶圆弧段2为： 式中：t4为变量，t4的取值范围t4∈[0,5π/6]；
[0036] 摆线段3为： 式中t5为变量，取值范围t5∈[0,a cos(10/15)]。
[0037] 具体试验对比数据如下：
[0038]
[0039] 由上表格可知，采用本螺杆组件的螺杆真空泵其在保证抽气效率的情况下极限压力、噪声和配用功率的参数均优于行业标准。
[0040] 如图5所述，图5中的1、2、3为一根螺杆1的弧线段5与另一根螺杆1上的弧线包络线段6啮合时的状态；图5中的4～9为一根螺杆1的齿根圆段4与另一根螺杆1上的齿顶圆弧段2啮合时的状态；图5中的10、11为一根螺杆1的齿根圆段4与另一根螺杆1上的齿顶圆弧段2啮合的同时一根螺杆1的圆弧过渡段7与另一根螺杆1上的摆线段3啮合的状态；图5中的12为一根螺杆1的圆弧过渡段7与另一根螺杆1上的摆线段3啮合的状态；图5中的13为一根螺杆1的圆弧过渡段7与另一根螺杆1上的摆线段3啮合同时一根螺杆1的摆线段3与另一根螺杆1上的圆弧过渡段7啮合的状态；图5中的14、15为一根螺杆1的摆线段3与另一根螺杆1上的圆弧过渡段7啮合的状态；图5中的16～21为一根螺杆1的齿顶圆弧段2与另一根螺杆1上的齿根圆段4啮合时的状态；图5中的22～24是一根螺杆1的弧线包络线段6与另一根螺杆1上的弧线段5啮合时的状态。
[0041] 本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。