本發(fā)明涉及一種直爪爪式轉(zhuǎn)子。
背景技術(shù)：
：爪式流體機(jī)械是一種廣泛應(yīng)用于石油化工，航天航空，半導(dǎo)體工業(yè)等領(lǐng)域的新型干式流體機(jī)械，它是通過一對共軛轉(zhuǎn)子的同步異向雙回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)氣體的吸入、壓縮和排出，爪式流體機(jī)械的性能決定于爪式轉(zhuǎn)子，所以轉(zhuǎn)子的型線設(shè)計(jì)是爪式流體機(jī)械的核心問題。爪式轉(zhuǎn)子型線的嚙合特性直接決定著爪式轉(zhuǎn)子的工作性能，現(xiàn)有的直爪爪式轉(zhuǎn)子型線包括：3段圓弧、2段擺線、1段線段、1段線段的包絡(luò)線。中國專利(專利號：ZL201110308963.4)提出了一種爪式轉(zhuǎn)子，由5段圓弧和3段擺線的等距曲線構(gòu)成的曲爪轉(zhuǎn)子，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)子曲線的嚙合，但該爪式轉(zhuǎn)子型線存在著以下缺點(diǎn)：①曲爪轉(zhuǎn)子的爪背處容易產(chǎn)生應(yīng)力集中和應(yīng)力變形，受力特性比直爪轉(zhuǎn)子差；②曲爪轉(zhuǎn)子工作時(shí)的余隙容積更大，容易產(chǎn)生局部高溫高壓和泄漏，增加了系統(tǒng)的能耗，降低了使用性能和壽命。中國專利(專利號：ZL201510400518.9)提出了一種直爪轉(zhuǎn)子，由5段圓弧、2段擺線的等距曲線、1段線段和1段線段的包絡(luò)線組成的直爪轉(zhuǎn)子，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)子曲線的嚙合，但該爪式轉(zhuǎn)子型線存在著以下缺點(diǎn)：①左側(cè)轉(zhuǎn)子爪背EF和右側(cè)轉(zhuǎn)子爪背ef存在完全不參與嚙合的一段，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子的嚙合性能變差，密封性降低，會產(chǎn)生較大泄漏和噪聲，降低了爪式流體機(jī)械的工作效率；②線段的包絡(luò)線GH和擺線的等距曲線HI的連接處存在1個(gè)尖點(diǎn)H，這個(gè)尖點(diǎn)不參與曲線嚙合，且尖點(diǎn)處易造成泄漏磨損、應(yīng)力集中和受力變形，降低了爪式轉(zhuǎn)子的使用壽命和穩(wěn)定性。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明為了解決上述問題，提出了一種直爪爪式轉(zhuǎn)子和構(gòu)建方法，在爪背處采用1段擺線EF與第二爪尖圓弧DE、線段FG光滑連接，實(shí)現(xiàn)了爪式轉(zhuǎn)子爪背處的全嚙合，解決了爪背線段不完全嚙合的問題；該爪式轉(zhuǎn)子型線不但能夠?qū)崿F(xiàn)全部型線的正確嚙合，而且能夠有效地提高爪式轉(zhuǎn)子的受力特性和嚙合密封性，使得該轉(zhuǎn)子型線能夠適用于更高轉(zhuǎn)速、更高壓力和更高溫度的使用場合，提高了轉(zhuǎn)子型線的性能和使用壽命；對于豐富爪式轉(zhuǎn)子型線類型和促進(jìn)爪式真空泵、爪式壓縮機(jī)和爪式膨脹機(jī)的發(fā)展都具有重要的意義。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種直爪爪式轉(zhuǎn)子，其組成型線包括：5段圓弧、2段擺線的等距曲線、1段擺線、1段線段和1段線段的包絡(luò)線，其特征是：從節(jié)圓開始按逆時(shí)針方向依次為：節(jié)圓圓弧GH、線段的包絡(luò)線HI、擺線的等距曲線IJ、爪底圓弧JA、擺線的等距曲線AB、第一爪尖圓弧BC、爪頂圓弧CD、第二爪尖圓弧DE、擺線EF和線段FG，其中除了線段的包絡(luò)線HI與擺線的等距曲線IJ的連接點(diǎn)I點(diǎn)以外，其它相鄰曲線均光滑連接。兩個(gè)爪式轉(zhuǎn)子的型線完全相同且相互嚙合，除擺線的等距曲線AB和第一爪尖圓弧BC外，其余曲線上所有的點(diǎn)都參與嚙合；相互嚙合的兩個(gè)爪式轉(zhuǎn)子：左側(cè)爪式轉(zhuǎn)子(轉(zhuǎn)子1)和右側(cè)爪式轉(zhuǎn)子(轉(zhuǎn)子2)完全相同，且左側(cè)爪式轉(zhuǎn)子(轉(zhuǎn)子1)的擺線的等距曲線AB、第一爪尖圓弧BC、爪頂圓弧CD、第二爪尖圓弧DE、擺線EF、線段FG、節(jié)圓圓弧GH、線段的包絡(luò)線HI、擺線的等距曲線IJ、爪底圓弧JA，分別與右側(cè)轉(zhuǎn)子(轉(zhuǎn)子2)的第一爪尖圓弧bc、擺線的等距曲線ab、爪底圓弧ja、擺線的等距曲線ij、線段的包絡(luò)線hi與擺線的等距曲線ij的連接點(diǎn)i、線段的包括線hi、節(jié)圓圓弧gh、線段fg、第二爪尖圓弧de、爪頂圓弧cd相嚙合。一種直爪爪式轉(zhuǎn)子，爪頂圓弧CD和爪底圓弧JA對應(yīng)的圓心角相等，為α；線段的包絡(luò)線HI，是初始線段的包絡(luò)線H1I1以原點(diǎn)O為旋轉(zhuǎn)中心，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)α+β角度后得到，初始線段的包絡(luò)線H1I1的方程為：xH1I1(t)yH1I1(t)=cos(t)cos(2t)(cos(t)-1)sin(t)sin(2t)(cos(t)-1)R2R2]]>角度β由以下公式確定：β=arccos(R2-R5R1-R5)]]>其中，R1為爪頂圓弧半徑，R2為節(jié)圓半徑，R5為第二爪尖圓弧半徑；擺線的等距曲線AB的方程為：xAB(t)yAB(t)=2cos(t)-cos(2t)2sin(t)-sin(2t)M4+R4cos(t)-cos(2t)sin(t)-sin(2t)M4M4T1-2cos(t)01M4]]>其中，矩陣R4為第一爪尖圓弧半徑；擺線的等距曲線IJ，是初始擺線的等距曲線I2J2以原點(diǎn)O為旋轉(zhuǎn)中心，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)α角度后得到，初始擺線的等距曲線I2J2的方程為：xI2J2(t)yI2J2(t)=2cos(t)-cos(2t)2sin(t)-sin(2t)M5+R5cos(t)-cos(2t)sin(t)-sin(2t)M5M5T1-2cos(t)01M5]]>其中，矩陣擺線EF，是初始擺線E1F1以原點(diǎn)O為旋轉(zhuǎn)中心，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)γ+ζ角度后得到，初始擺線E1F1的方程為：xE1F1(t)yE1F1(t)=2cos(t)-cos(2t)2sin(t)-sin(2t)R2LI]]>角度γ由以下公式確定：γ=arctany0x0]]>其中，坐標(biāo)(x0,y0)是下面兩條曲線的交點(diǎn)：x(t)y(t)=cos(t)00sin(t)R1-R4R1-R4]]>xA2B2(t)yA2B2(t)=2cos(t)-cos(2t)2sin(t)-sin(2t)M4+2R4cos(t)-cos(2t)sin(t)-sin(2t)M4M4T1-2cos(t)01M4]]>角度ζ由以下公式確定：ζ=-arctany1x1]]>其中，坐標(biāo)(x1,y1)是下面兩條曲線的交點(diǎn)：xHI(t)yHI(t)=cos(α+β)-sin(α+β)sin(α+β)cos(α+β)cos(t)-cos(2t)sin(t)-sin(2t)R2R2(1-cos(t))]]>xIJ(t)yIJ(t)=cosα-sinαsinαcosα(2cos(t)-cos(2t)2sin(t)-sin(2t)M5+R5cos(t)-cos(2t)sin(t)-sin(2t)M5M5T1-2cos(t)01M5)]]>將擺線的等距曲線AB向外等距偏移R4，得到的等距曲線與圓心為O，半徑為R1-R4的圓的交點(diǎn)，就是爪尖圓弧的圓心(XBC,YBC)，以該點(diǎn)為圓心，作半徑為R4的圓，同時(shí)與擺線的等距曲線AB和爪頂圓弧CD相切，切點(diǎn)分別是：B點(diǎn)和C點(diǎn)，得到第一爪尖圓弧BC；第二爪尖圓弧DE的圓心(XDE,YDE)位于圓心為O，半徑為R1-R5的圓上，且圓心(XDE,YDE)與圓心O的連線，與x正半軸的夾角為α+γ，以該點(diǎn)為圓心，作半徑為R5的圓，同時(shí)與爪頂圓弧CD和擺線EF相切，切點(diǎn)分別是：D點(diǎn)和E點(diǎn)，得到第二爪尖圓弧DE；以上：t—角度參數(shù)，rad；R2—節(jié)圓半徑，mm；R1—爪頂圓弧半徑，mm；R3—爪底圓弧半徑，mm；且2R2＝R1+R3；R4,R5—爪尖圓弧半徑，mm；且R4＝R5；LI—連接點(diǎn)I到圓心O的距離，mm；α、β、γ、ζ—角度，rad。一種直爪爪式轉(zhuǎn)子型線的構(gòu)建過程：①以O(shè)為原點(diǎn)，根據(jù)以上方程，得到節(jié)圓圓弧GH、初始線段的包絡(luò)線H1I1、初始擺線的等距曲線I2J2、爪底圓弧JA、擺線的等距曲線AB、第一爪尖圓弧BC、爪頂圓弧CD、第二爪尖圓弧DE、初始擺線E1F1、初始線段F2G2；②將初始擺線的等距曲線I2J2以原點(diǎn)O為旋轉(zhuǎn)中心，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)α角度后，得到擺線的等距曲線IJ；③將初始線段的包絡(luò)線H1I1以原點(diǎn)O為旋轉(zhuǎn)中心，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)α+β角度后，得到線段的包絡(luò)線HI；④將初始擺線E1F1以原點(diǎn)O為旋轉(zhuǎn)中心，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)γ+ζ角度后，得到擺線EF；⑤將初始線段F2G2以原點(diǎn)O為旋轉(zhuǎn)中心，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)α+β+γ角度后，得到線段FG。一種直爪爪式轉(zhuǎn)子，其轉(zhuǎn)子型線如一種直爪爪式轉(zhuǎn)子型線所述的型線一致。一種爪式真空泵，使用上述的一種直爪爪式轉(zhuǎn)子。一種爪式壓縮機(jī)，使用上述的一種直爪爪式轉(zhuǎn)子。一種爪式膨脹機(jī)，使用上述的一種直爪爪式轉(zhuǎn)子。本發(fā)明的有益效果為：①該爪式轉(zhuǎn)子型線實(shí)現(xiàn)了爪背段曲線的全嚙合，除擺線的等距曲線AB和第一爪尖圓弧BC外，其余曲線上所有的點(diǎn)都參與嚙合，解決了線段不完全參與嚙合的問題，優(yōu)化了型線的組成；②該爪式轉(zhuǎn)子的型線能夠?qū)崿F(xiàn)正確嚙合，避免了因嚙合不完全而造成的泄漏，改善了爪式轉(zhuǎn)子的受力特性和嚙合密封性，提高了爪式流體機(jī)械的使用性能和壽命；③減小了爪式轉(zhuǎn)子工作時(shí)的余隙容積，降低了使用功耗，提高了爪式流體機(jī)械的工作效率。附圖說明圖1是所提出的一種直爪爪式轉(zhuǎn)子初始型線圖。圖2所提出的一種直爪爪式轉(zhuǎn)子型線圖。圖3是2個(gè)所提出的一種直爪爪式轉(zhuǎn)子型線的嚙合關(guān)系圖。圖4是2個(gè)所提出的一種直爪爪式轉(zhuǎn)子在工作中各曲線間的嚙合圖。圖中：AB為擺線的等距曲線；BC為第一爪尖圓??；CD為爪頂圓??；DE為第二爪尖圓弧；EF為擺線；FG為線段；GH為節(jié)圓圓?。籋I為線段的包絡(luò)線；IJ為擺線的等距曲線；JA為爪底圓??；轉(zhuǎn)子1—左側(cè)爪式轉(zhuǎn)子；轉(zhuǎn)子2—右側(cè)爪式轉(zhuǎn)子。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。如圖1所示，為所提出的一種直爪爪式轉(zhuǎn)子的型線的生成過程，按照各型線方程直接生成各型線：節(jié)圓圓弧GH、初始線段的包絡(luò)線H1I1、初始擺線的等距曲線I2J2、爪底圓弧JA、擺線的等距曲線AB、第一爪尖圓弧BC、爪頂圓弧CD、第二爪尖圓弧DE、初始擺線E1F1、初始線段F2G2；如圖2所示，為所提出的一種直爪爪式轉(zhuǎn)子，由5段圓弧(BC、CD、DE、GH、JA)、2段擺線的等距曲線(AB、IJ)、1段擺線(EF)、1段線段(FG)和1段線段的包絡(luò)線(HI)連接而成，所構(gòu)成的爪式轉(zhuǎn)子除線段的包絡(luò)線HI與擺線的等距曲線IJ的連接處存在連接點(diǎn)I外，其它型線都是光滑連接的。將圖1中的初始擺線的等距曲線I2J2，以原點(diǎn)O為旋轉(zhuǎn)中心，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)α角度后，得到圖2中的擺線的等距曲線IJ；將初始線段的包絡(luò)線H1I1，以原點(diǎn)O為旋轉(zhuǎn)中心，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)α+β角度后，得到線段的包絡(luò)線HI；將初始線段F2G2，以原點(diǎn)O為旋轉(zhuǎn)中心，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)α+β+γ角度后，得到線段FG；將初始擺線E1F1，以原點(diǎn)O為旋轉(zhuǎn)中心，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)γ+ζ角度后，得到擺線EF。所提出的爪式轉(zhuǎn)子型線的特點(diǎn)是：該爪式轉(zhuǎn)子型線由圓弧、擺線的等距曲線、擺線、線段和線段的包絡(luò)線構(gòu)成，該爪式轉(zhuǎn)子型線在爪頂處不存在不光滑連接點(diǎn)，即不存在尖點(diǎn)連接，線段的包絡(luò)線HI和擺線的等距曲線IJ的連接點(diǎn)I，在工作中能夠?qū)崿F(xiàn)點(diǎn)與擺線的完全嚙合；因而所提出的爪式轉(zhuǎn)子具有更高的密封性，改善了使用性能，適用于較高轉(zhuǎn)速、較高壓力和較高溫度的使用場合，擴(kuò)大了爪式壓縮機(jī)和爪式真空泵的應(yīng)用范圍。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：根據(jù)爪式轉(zhuǎn)子在工作中的同步異向雙回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律，根據(jù)型線的共軛嚙合原理，確定該運(yùn)動(dòng)方式下與連接點(diǎn)共軛嚙合的曲線為擺線，得到其型線方程，確定擺線的相對位置，使之光滑連接，得到整個(gè)爪式轉(zhuǎn)子型線。如圖3所示，為2個(gè)所提出的一種直爪爪式轉(zhuǎn)子型線的嚙合關(guān)系圖，相互嚙合的2個(gè)爪式轉(zhuǎn)子型線相同，在工作嚙合時(shí)，2個(gè)爪式轉(zhuǎn)子進(jìn)行同步異向雙回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；左側(cè)爪式轉(zhuǎn)子(轉(zhuǎn)子1)的擺線的等距曲線AB、第一爪尖圓弧BC、爪頂圓弧CD、第二爪尖圓弧DE、擺線EF、線段FG、節(jié)圓圓弧GH、線段的包絡(luò)線HI、擺線的等距曲線IJ和爪底圓弧JA，分別與右側(cè)爪式轉(zhuǎn)子(轉(zhuǎn)子2)的第一爪尖圓弧bc、擺線的等距曲線ab、爪底圓弧ja、擺線的等距曲線ij、線段的包絡(luò)線hi與擺線的等距曲線ij的連接點(diǎn)i、線段的包括線hi、節(jié)圓圓弧gh、線段fg、第二爪尖圓弧de和爪頂圓弧cd相嚙合。如圖4所示，為2個(gè)所提出的一種直爪爪式轉(zhuǎn)子在工作中各曲線間的嚙合圖，(a)～(i)圖中各相鄰圖所對應(yīng)的主軸轉(zhuǎn)角相錯(cuò)10°；即(a)圖到(b)圖左側(cè)爪式轉(zhuǎn)子順時(shí)針旋轉(zhuǎn)10°，右側(cè)爪式轉(zhuǎn)子逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)10°；(b)圖到(c)圖左側(cè)爪式轉(zhuǎn)子順時(shí)針旋轉(zhuǎn)10°，右側(cè)爪式轉(zhuǎn)子逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)10°；以此類推。在(a)圖中，左側(cè)爪式轉(zhuǎn)子的線段的包絡(luò)線HI與右側(cè)爪式轉(zhuǎn)子的線段fg相互嚙合；在(b)、(c)和(d)圖中，左側(cè)爪式轉(zhuǎn)子的擺線的等距曲線AB與右側(cè)爪式轉(zhuǎn)子的爪尖圓弧bc相互嚙合，左側(cè)爪式轉(zhuǎn)子的連接點(diǎn)I與右側(cè)爪式轉(zhuǎn)子的擺線ef相嚙合；在(c)和(d)圖中，左側(cè)爪式轉(zhuǎn)子的擺線的等距曲線IJ與右側(cè)爪式轉(zhuǎn)子的爪尖圓弧de相嚙合；在(e)圖中，左側(cè)爪式轉(zhuǎn)子的爪尖圓弧BC與右側(cè)爪式轉(zhuǎn)子的擺線的等距曲線ab相嚙合；在(f)和(g)圖中，左側(cè)爪式轉(zhuǎn)子的擺線EF與右側(cè)爪式轉(zhuǎn)子的連接點(diǎn)i相嚙合；在(h)和(i)圖中，左側(cè)爪式轉(zhuǎn)子的線段FG與右側(cè)爪式轉(zhuǎn)子的線段的包絡(luò)線hi相嚙合。上述雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但并非對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。當(dāng)前第1頁1 2 3