本發(fā)明涉及雙螺桿真空泵，特別涉及適用于雙螺桿真空泵的一種自平衡的錐形螺桿轉(zhuǎn)子。

背景技術(shù)：

雙螺桿真空泵是一種容積式真空泵，因其抽氣腔干式無油、運行平穩(wěn)可靠的優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于石油化工、食品制藥、真空熱處理、納米制造、國防技術(shù)領(lǐng)域；雙螺桿真空泵通過兩個螺桿轉(zhuǎn)子的同步異向雙回轉(zhuǎn)運動，完成氣體在泵腔內(nèi)的吸氣、運輸、壓縮和排氣過程；螺桿轉(zhuǎn)子及其截面型線的性能，直接影響螺桿真空泵的級間密封性能、力學(xué)性能和極限真空度。

專利CN101351646公開的單頭錐形螺桿轉(zhuǎn)子，吸氣端外徑大，排氣端外徑小，工作時存在內(nèi)壓縮過程；該螺桿轉(zhuǎn)子的齒厚變化規(guī)律為：靠近吸氣端的齒頂厚度較大，占用了一部分吸氣容積，影響抽氣量，靠近排氣端氣體壓力較高，但齒頂厚度較小，無法有效阻擋高壓氣體通過齒頂面的級間泄漏；同時該螺桿轉(zhuǎn)子，其軸向截面的形心不在螺桿轉(zhuǎn)子的回轉(zhuǎn)中心線上，易產(chǎn)生偏心力影響正常嚙合。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決上述文獻(xiàn)中的螺桿轉(zhuǎn)子存在偏心力、截面型線存在尖點、吸氣端齒頂厚度較大占用吸氣容積、排氣端齒頂厚度較小使氣體通過齒頂面的級間泄漏較大的問題，為了豐富螺桿轉(zhuǎn)子的種類，本發(fā)明提出一種自平衡的錐形螺桿轉(zhuǎn)子；螺桿轉(zhuǎn)子呈錐形，從吸氣端(Ⅰ-Ⅰ)到排氣端(Ⅶ-Ⅶ)，螺桿轉(zhuǎn)子的截面型線是變化的；螺桿轉(zhuǎn)子的導(dǎo)程P沿軸向保持不變，通過控制螺桿轉(zhuǎn)子齒頂圓弧的圓心角α，使螺桿轉(zhuǎn)子的齒頂厚度δ₁和齒根厚度δ₂始終不變且相等，由此可有增大螺桿轉(zhuǎn)子在吸氣端(Ⅰ-Ⅰ)的吸氣容積，效阻擋螺桿轉(zhuǎn)子在排氣端(Ⅶ-Ⅶ)處兩個相鄰工作腔間氣體通過齒頂面的級間泄漏，同時增大了螺桿轉(zhuǎn)子在排氣端(Ⅶ-Ⅶ)處的強度，減小變形；螺桿轉(zhuǎn)子所采用的截面型線是光滑的且能夠?qū)崿F(xiàn)正確的嚙合，消除不光滑連接點的不良影響，改善了螺桿轉(zhuǎn)子的受力狀況；所提出的螺桿轉(zhuǎn)子在任意軸向位置處，其截面型線為S形，截面型線的形心都在螺桿轉(zhuǎn)子的回轉(zhuǎn)中心線上，使螺桿轉(zhuǎn)子具有良好的動平衡性能；所提出的螺桿轉(zhuǎn)子，能夠增大吸氣端工作腔容積，減小排氣端的工作腔容積，增大工作過程中的內(nèi)容積比，提高了雙螺桿真空泵的抽速和極限真空度。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

本發(fā)明提出的一種自平衡的錐形螺桿轉(zhuǎn)子，從吸氣端(Ⅰ-Ⅰ)到排氣端(Ⅶ-Ⅶ)，螺桿轉(zhuǎn)子呈錐形，且螺桿轉(zhuǎn)子是全光滑的，不存在不光滑處；螺桿轉(zhuǎn)子的導(dǎo)程P沿軸向保持不變；螺桿轉(zhuǎn)子的齒頂厚度δ₁和齒根厚度δ₂始終不變且相等，即δ₁＝δ₂；在任意軸向位置處，螺桿轉(zhuǎn)子的截面型線為S形，且截面型線的形心在螺桿轉(zhuǎn)子的回轉(zhuǎn)中心線上。

一種自平衡的錐形螺桿轉(zhuǎn)子，在任意軸向位置處，螺桿轉(zhuǎn)子的截面型線都不相同，是變化的，但截面型線上各段組成曲線的類型和數(shù)量相同，共12段曲線，包括：第一齒頂圓弧AB、第一齒尖圓弧BC、第一擺線的等距曲線CD、第一齒根圓弧DE、第一連接圓弧的包絡(luò)線EF、第一連接圓弧FG、第二齒頂圓弧GH、第二齒尖圓弧HI、第二擺線的等距曲線IJ、第二齒根圓弧JK、第二連接圓弧的包絡(luò)線KL、第二連接圓弧LA；相鄰兩段曲線之間都是完全光滑連接的，截面型線上不存在不光滑連接點；截面型線上的第一齒頂圓弧AB、第一齒尖圓弧BC、第一擺線的等距曲線CD、第二齒根圓弧JK、第二連接圓弧的包絡(luò)線KL、第二連接圓弧LA，分別與第二齒頂圓弧GH、第二齒尖圓弧HI、第二擺線的等距曲線IJ、第一齒根圓弧DE、第一連接圓弧的包絡(luò)線EF、第一連接圓弧FG關(guān)于回轉(zhuǎn)中心點O呈中心對稱。

一種自平衡的錐形螺桿轉(zhuǎn)子，在工作過程中，左旋螺桿轉(zhuǎn)子(301)和右旋螺桿轉(zhuǎn)子(302)在同步異向雙回轉(zhuǎn)運動中，能夠?qū)崿F(xiàn)完全正確的嚙合；在任意軸向位置處，左旋螺桿轉(zhuǎn)子(301)的左旋截面型線(201)和右旋螺桿轉(zhuǎn)子(302)的右旋截面型線(202)完全相同，只是相位不同；左旋螺桿轉(zhuǎn)子(301)的左旋截面型線(201)上的第一齒頂圓弧AB、第一齒尖圓弧BC、第一擺線的等距曲線CD、第二齒根圓弧JK、第二連接圓弧的包絡(luò)線KL、第二連接圓弧LA，分別與右旋螺桿轉(zhuǎn)子(302)的右旋截面型線(202)上的第二齒根圓弧jk、第二擺線的等距曲線ij、第二齒尖圓弧hi、第二齒頂圓弧gh、第二連接圓弧fg、第二連接圓弧的包絡(luò)線ef能夠?qū)崿F(xiàn)正確嚙合。

一種自平衡的錐形螺桿轉(zhuǎn)子，左旋螺桿轉(zhuǎn)子(301)由左旋截面型線(201)從吸氣端(Ⅰ-Ⅰ)到排氣端(Ⅶ-Ⅶ)沿左旋螺旋線展開，右旋螺桿轉(zhuǎn)子(302)由右旋截面型線(202)從吸氣端(Ⅰ-Ⅰ)到排氣端(Ⅶ-Ⅶ)沿右旋螺旋線展開；以螺桿轉(zhuǎn)子的回轉(zhuǎn)中心線與吸氣端所在平面的交點為坐標(biāo)原點，以回轉(zhuǎn)中心線為z軸，建立三維空間坐標(biāo)系，螺旋線方程為：

左旋螺旋線：

右旋螺旋線：

式中：τ—螺旋展開角，rad；R—螺旋線基圓半徑，mm；n—螺桿導(dǎo)程數(shù)；P—螺桿轉(zhuǎn)子的導(dǎo)程；

在螺桿轉(zhuǎn)子的截面型線沿螺旋線展開的同時，在任意軸向位置處，截面型線的齒頂圓弧半徑R₁、齒根圓弧半徑R₃、齒頂圓弧的圓心角α也隨螺旋展開角τ的變化而變化，其規(guī)律為：

齒頂圓弧半徑：

齒根圓弧半徑：

齒頂圓弧的圓心角：

式中：R_s1、R_d1—分別為在吸氣端(Ⅰ-Ⅰ)和排氣端(Ⅶ-Ⅶ)處的齒頂圓弧半徑；R_s3、R_d3—分別為在吸氣端(Ⅰ-Ⅰ)和排氣端(Ⅶ-Ⅶ)處的齒根圓弧半徑；α_s—在吸氣端(Ⅰ-Ⅰ)處的齒頂圓弧的圓心角。

5、如權(quán)利要求1所述的一種自平衡的錐形螺桿轉(zhuǎn)子，其特征是：左旋螺桿轉(zhuǎn)子(301)的左旋截面型線(201)上的各曲線方程如下：

①第一齒頂圓弧AB的方程為：

②第一齒尖圓弧BC的方程為：

式中：r—齒尖圓弧半徑；(x_M,y_M)—齒尖圓弧的圓心點M的坐標(biāo)；

確定齒尖圓弧的圓心點M(x_M,y_M)的坐標(biāo)，首先聯(lián)立以下兩個方程求出交點：

將上述方程所確定的交點，繞回轉(zhuǎn)中心點O順時針旋轉(zhuǎn)β角度，可得齒尖圓心點M(x_M,y_M)；其中

③第一擺線的等距曲線CD的確定方式為：

首先按下述方程確定一段曲線：

將上述方程所確定的曲線，繞回轉(zhuǎn)中心點O順時針旋轉(zhuǎn)β角度，可得第一擺線的等距曲線CD；

④第二齒根圓弧JK的方程為：

⑤第二連接圓弧的包絡(luò)線KL的確定方式為：

首先按下述方程確定一段曲線：

將上述方程所確定的初始曲線，繞回轉(zhuǎn)中心點O順時針旋轉(zhuǎn)α角度，可得第二連接圓弧的包絡(luò)線KL，α為齒頂圓弧的圓心角；

⑥第二連接圓弧LA的方程為：

式中：L_p—第二連接圓弧LA的圓心點N距離回轉(zhuǎn)中心點O的長度，由以下公式確定：

本發(fā)明的有益效果為：

①所提出的一種自平衡的錐形螺桿轉(zhuǎn)子，螺桿轉(zhuǎn)子呈錐形，從螺桿轉(zhuǎn)子的吸氣端(Ⅰ-Ⅰ)到排氣端(Ⅶ-Ⅶ)，截面型線上齒頂圓弧半徑R₁逐漸減小，齒根圓弧半徑R₃逐漸增大，能充分增大吸氣端的工作腔容積，減小排氣端的工作腔容積，使轉(zhuǎn)子有較大內(nèi)容積比，提高雙螺桿真空泵的抽速；

②螺桿轉(zhuǎn)子的齒頂厚度δ₁和齒根厚度δ₂沿軸向保持不變且相等，即δ₁＝δ₂，可以進(jìn)一步增大吸氣端工作腔容積，有效阻擋靠近排氣端處氣體通過齒頂面的級間泄漏，并保證螺桿轉(zhuǎn)子高壓側(cè)的強度，減小工作時的變形；

③螺桿轉(zhuǎn)子的截面型線，采用一段齒尖圓弧連接擺線的等距曲線和齒頂圓弧，螺桿轉(zhuǎn)子是全光滑的且能實現(xiàn)正確的嚙合，同時消除不光滑連接點的應(yīng)力集中區(qū)域，改善螺桿轉(zhuǎn)子的受力狀況，并防止尖點磨損造成的泄漏加??；

④在任意軸向位置處，螺桿轉(zhuǎn)子的截面型線為S形，截面型線的形心在螺桿轉(zhuǎn)子的回轉(zhuǎn)中心線上，即螺桿轉(zhuǎn)子具有良好的動平衡性能。

附圖說明

圖1為自平衡的錐形螺桿轉(zhuǎn)子的截面型線圖。

圖2為兩個螺桿轉(zhuǎn)子的截面型線的嚙合圖。

圖3為自平衡的錐形螺桿轉(zhuǎn)子圖。

圖4為工作時兩個自平衡的錐形螺桿轉(zhuǎn)子的嚙合圖。

圖5為在任意軸向位置處兩個螺桿轉(zhuǎn)子的截面型線嚙合圖。

圖中：R₁、R₂、R₃—分別為截面型線上的齒頂圓弧半徑、節(jié)圓半徑、齒根圓弧半徑，三者的長度關(guān)系為：2R₂＝R₁+R₃；α—齒頂圓弧的圓心角；β—齒尖圓弧的圓心點M相對于x軸的相位角；δ₁—螺桿轉(zhuǎn)子的齒頂厚度；δ₂—螺桿轉(zhuǎn)子的齒根厚度；P—螺桿轉(zhuǎn)子的導(dǎo)程；301—左旋螺桿轉(zhuǎn)子；302—右旋螺桿轉(zhuǎn)子；201—左旋螺桿轉(zhuǎn)子的左旋截面型線；202—右旋螺桿轉(zhuǎn)子的右旋截面型線；點O、o—分別為兩個螺桿轉(zhuǎn)子截面型線的回轉(zhuǎn)中心點，所在的軸線分別為兩個螺桿轉(zhuǎn)子的回轉(zhuǎn)中心線。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖與實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

如圖1所示，為自平衡的錐形螺桿轉(zhuǎn)子的截面型線圖；螺桿轉(zhuǎn)子的截面型線是指：用一個垂直于螺桿轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)中心線的平面，從任意軸向位置處截斷螺桿轉(zhuǎn)子，斷面處得到的輪廓曲線；螺桿轉(zhuǎn)子的截面型線由12段曲線圍成，順時針依次為：第一齒頂圓弧AB、第一齒尖圓弧BC、第一擺線的等距曲線CD、第一齒根圓弧DE、第一連接圓弧的包絡(luò)線EF、第一連接圓弧FG、第二齒頂圓弧GH、第二齒尖圓弧HI、第二擺線的等距曲線IJ、第二齒根圓弧JK、第二連接圓弧的包絡(luò)線KL、第二連接圓弧LA；相鄰曲線之間光滑連接，整個螺桿轉(zhuǎn)子的截面型線上不存在不光滑連接點；整個截面型線為S形且中心對稱，截面型線上的第一齒頂圓弧AB、第一齒尖圓弧BC、第一擺線的等距曲線CD、第二齒根圓弧JK、第二連接圓弧的包絡(luò)線KL、第二連接圓弧LA，分別與第二齒頂圓弧GH、第二齒尖圓弧HI、第二擺線的等距曲線IJ、第一齒根圓弧DE、第一連接圓弧的包絡(luò)線EF、第一連接圓弧FG關(guān)于回轉(zhuǎn)中心點O呈中心對稱。

如圖2所示，為兩個螺桿轉(zhuǎn)子的截面型線的嚙合圖；在同一軸向位置處，兩個螺桿轉(zhuǎn)子的截面型線完全相同，只是相位不同；左旋截面型線(201)中的第一齒頂圓弧AB、第一齒尖圓弧BC、第一擺線的等距曲線CD、第一齒根圓弧DE、第一連接圓弧的包絡(luò)線EF、第一連接圓弧FG，分別與右旋截面型線(202)中的第二齒根圓弧jk、第二擺線的等距曲線ij、第二齒尖圓弧hi、第二齒頂圓弧gh、第二連接圓弧fg、第二連接圓弧的包絡(luò)線ef能夠?qū)崿F(xiàn)正確的嚙合。

如圖3所示，為自平衡的錐形螺桿轉(zhuǎn)子圖；圖中Ⅰ-Ⅰ和Ⅶ-Ⅶ分別表示螺桿轉(zhuǎn)子吸氣端和排氣端對應(yīng)的軸向位置；左旋螺桿轉(zhuǎn)子(301)由左旋截面型線(201)從吸氣端(Ⅰ-Ⅰ)向排氣端(Ⅶ-Ⅶ)沿左旋螺旋線展開，右旋螺桿轉(zhuǎn)子(302)由右旋截面型線(202)從吸氣端(Ⅰ-Ⅰ)向排氣端(Ⅶ-Ⅶ)沿右旋螺旋線展開；在螺旋展開的同時，截面型線上的齒頂圓弧半徑R₁逐漸減小，齒根圓弧半徑R₃逐漸增大，使螺桿轉(zhuǎn)子的整體形狀呈錐形；螺旋線左旋和右旋的規(guī)定為：用左手拇指由吸氣端指向排氣端方向，螺旋線上動點沿其余四指的指向上升即為左旋；用右手拇指由吸氣端指向排氣端方向，螺旋線上動點沿其余四指的指向上升即為右旋。

如圖4所示，為工作時兩個自平衡的錐形螺桿轉(zhuǎn)子的嚙合圖；螺桿轉(zhuǎn)子的導(dǎo)程P沿軸向保持不變，齒頂厚度δ₁和齒根厚度δ₂沿軸向保持不變且相等，即δ₁＝δ₂；在截面型線沿螺旋線展開生成轉(zhuǎn)子的過程中，螺旋展開角τ的值取0，π，2π，3π，4π時，對應(yīng)的軸向位置分別用Ⅰ-Ⅰ、Ⅱ-Ⅱ、Ⅲ-Ⅲ、Ⅳ-Ⅳ、Ⅴ-Ⅴ、Ⅵ-Ⅵ、Ⅶ-Ⅶ表示。

如圖5所示，為在任意軸向位置處兩個螺桿轉(zhuǎn)子的截面型線嚙合圖；圖5(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)、(g)分別對應(yīng)在軸向位置Ⅰ-Ⅰ、Ⅱ-Ⅱ、Ⅲ-Ⅲ、Ⅳ-Ⅳ、Ⅴ-Ⅴ、Ⅵ-Ⅵ、Ⅶ-Ⅶ處，兩個螺桿轉(zhuǎn)子截面型線的瞬時嚙合圖；可見在任意軸向位置處兩個螺桿的截面型線是完全嚙合的，因此可以說明兩個螺桿轉(zhuǎn)子在整體上是相互嚙合的；不同軸向位置處，截面型線的主要變化規(guī)律為：從吸氣端(Ⅰ-Ⅰ)到排氣端(Ⅶ-Ⅶ)，轉(zhuǎn)子軸向截面型線的齒頂圓弧半徑R₁逐漸減小，齒根圓弧半徑R₃逐漸增大；由此生成的兩個相互完全嚙合的螺桿轉(zhuǎn)子，由吸氣端(Ⅰ-Ⅰ)到排氣端(Ⅶ-Ⅶ)，工作腔容積逐漸減小，使螺桿轉(zhuǎn)子存在內(nèi)壓縮過程。

上述雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式進(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)。