[发明专利]螺杆转子端面廓形副及其构造方法

说明书

技术领域

本发明属于容积技术领域，涉及一种螺杆转子端面廓形副及其构造方法。

背景技术

一对相互啮合的定比传动螺旋面共轭阴阳齿廓副在其壳体中旋转时将形成封闭容积的逐步变化，按照设计旋向的不同，如果封闭容积逐步缩小可作为压缩机使用，如果封闭容积逐步增大可作为真空泵使用。一般情况下阳转子指绝大部分齿廓外凸的转子，相反绝大部分齿廓内凹的称为阴转子。目前，一对相互啮合的转子端面廓形副的形状及其加工精度是影响压缩机主要性能指标，如：能效等级、排量、容积效率、功率、噪音及制造成本的关键的因素。一般情况下转子廓形副在垂直于转子轴线的平面中构造，将该平面中的一对共轭廓形副称为螺杆转子端面廓形副。目前流行的螺杆转子廓形副绝大部分都采用不对称廓形副，不对廓形副在工作时一般单向旋转，相对较长的一边称为主动边，相对较短的一边称为从动边。通常采用不同方程的分段齿廓进行光顺拼接，目前常用的齿廓组成曲线的种类有点、直线、圆弧、摆线、渐开线、抛物线、双曲线及椭圆等，目前绝大多数转子的拼接光顺程度已经达到一阶连续，几乎已经不用单独的点作为齿廓的组成部分。分段廓形可以在一个转子上拼接，也可以在阴阳转子上分别进行拼接，已知一个转子上的分段廓形求其共轭齿廓需要用啮合原理。啮合原理可以表述为：任何时刻过啮合点的公法线必须过节点。啮合点是瞬时的阴阳转子端面廓形的公切点，其轨迹在静止坐标系中形成的曲线称为啮合线，啮合线能够表征螺杆转子副所组成机器的部分性能，属于螺杆转子的固有特性曲线。

目前公认的廓形副构造原则是：阴阳转子互不干涉，阴阳转子啮合形成的啮合线较短且封闭，形成泄露通道较小，形成的吸气封闭容积较小，形成的齿间面积尽量大，形成的阴转子齿有足够的强度，形成的阴阳转子齿廓流线性好对气体阻力小，转子廓形副的制造工艺性良好。然而有些原则是相互矛盾的，例如封闭容积小和泄露通道小，齿间面积大和阴转的强度高就是2对典型的矛盾，在构造的过程中需要根据情况进行协调。

目前，国内外流行的廓形副如参考文献：N.Stosic，I.Smith，A.Kovacevic2004年所著的《螺杆压缩机——数学模型及性能计算》一书第16页所述，以上廓形副及其他的实用的廓形副均有其独特的构造思路和出发点，同时形成了各具特色的性能，但也存在为着不完美之处。

1983年11月1日公布的美国专利第US4412796号(申请号：US19810296035)在阴转子从动边接近齿顶依次使用了阴转子外圆弧、椭圆弧及渐开线；1984年07月17日公开的美国专利第US4460322号(申请号：US19820452394)在阴转子主动边的齿底到接近齿顶的部分采用了椭圆弧；1990年1月2日公布的美国专利第US 4890992号(申请号：US19880184942)属于台湾复盛廓形副，采用了共4段组成曲线是其显著优点，特色在于阳转子的主动边从齿顶部分开始用了较长的椭圆弧和较短的圆弧组成，该椭圆弧的包络线(阴转子主动边)流线性好，但不足之处是阴转子齿强度和面积利用率较难协调；2009年4月15日公告的中国专利第CN 201221468Y号所述的转子副在阴转子的接近齿顶部分也采用了一段椭圆；2009年5月20公开的中国专利第CN101435425A号的独到之处在于在阴转子主动边接近齿顶部分采用外圆圆弧、小于等于1/4的椭圆弧、圆弧；2009年9月30日公开的中国专利第CN101545488A号的独到之处在于在阴转子从动依次使用了阴转子外圆圆弧，圆弧和1/4椭圆和圆弧包络线组成，其目的在于简化设计计算和减小泄露通道。上述专利属于非对称廓形体现了非对称廓形的优势，重要的是体现了椭圆相对于其他曲线的优势，分析如下：在平面上确定线段需要确定4个参数，确定圆弧、摆线弧、渐开线弧、抛物线弧均需要确定5个参数，而确定一个椭圆弧需要确定7个参数，参数的增加虽然增加廓形构造的难度但却带来了廓形副构造灵活性。

经分析当前流行的转子廓形绝大部分采用了非对称廓形，绝大部分实现了带状连续密封，体现了不对称廓形的固有优势泄露通道小，其共同之处总结如下：

现有专利共同特点1：绝大部分阳转子从动边从齿顶开始依次采用圆弧和阴转子从动边齿顶圆弧的包络线构成；阴转子从动边从齿顶部分开始依次采用圆弧和阳转子从动边齿顶圆弧的包络线构成。不同专利的区别主要在于主动边的构造方式不同。这就导致在构造条件相同的情况下其阴阳转子从动边的廓形是唯一确定的，其性能的改变困难，中国专利申请200810035292.7开始尝试解决这一问题，遗憾的是没有给出可行的解决方案；