专利名称：螺旋流体机器的制作方法
技术领域：
本发明大体上涉及一种螺旋流体机器，更具体地涉及一种其中凸形转子的齿和凹形转子的槽的螺旋升角从进口朝向出口减小的螺旋流体机器。
背景技术：
未审查的日本专利申请公报10-311288公开了一种螺旋真空泵，其为螺旋流体机器的一个示例。如图6所示，该文献中的螺旋真空泵包括壳体61以及在壳体61中相互啮合在一起的螺旋形的凸形转子62和凹形转子64。凸形转子62在其周围形成了螺旋齿63，其轮廓从凸形转子62的轴向看去为大致弧形的。凹形转子64在其周围形成了螺旋槽65，其与凸形转子62的螺旋齿63是互补的。凹形转子64的槽65的数量比凸形转子62的齿63的数量多一个。也就是说，凹形转子64具有六个槽65，而凸形转子62具有五个齿63。凸形转子62和凹形转子64与壳体61相互配合而形成了工作腔66。当凸形转子62和凹形转子64旋转时，流体如空气通过形成于工作腔66一端处的进口(未示出)而被吸入到工作腔66中。密封在工作腔66中的空气在它朝向工作腔66的另一端传送时在体积上减少。然后，压缩空气通过形成于工作腔66的另一端处的出口(未示出)而排出。
同时，凸形转子62和凹形转子64形成为使其螺旋结构(齿63和槽65)的螺旋升角从进口朝向出口逐渐减小。这种螺旋真空泵在真空度方面比具有恒定螺旋升角的螺旋结构的螺旋真空泵更好。
然而，由于在上述传统的螺旋流体机器中凸形转子62和凹形转子64的螺旋结构的螺旋升角从进口朝向出口减小，因此难于精确地进行机加工以便在凹形转子中的螺旋结构的螺旋升角比较小的部分中形成槽。槽具有大致弧形的轮廓并且比较窄。因此，用于在凹形转子中的较小螺旋升角处形成槽的机加工是比较困难和费时的，这不可避免地增加了制造成本。因此，就会担心槽的精度发生变化，因此导致螺旋流体机器的性能出现波动。
本发明涉及其中凸形转子的齿和凹形转子的槽具有减小的螺旋升角的这类螺旋流体机器，其能够促进在凹形转子中形成槽的机加工，并且还提高了机加工精度。
发明内容
根据本发明，一种螺旋流体机器包括螺旋形的凸形转子，其具有螺旋式地形成于其周围的齿，还包括螺旋形的凹形转子，其具有螺旋形式形成于其周围的槽。凹形转子与凸形转子啮合在一起。壳体在其中容纳了凸形转子和凹形转子。由壳体以及凸形转子和凹形转子限定了工作腔。在工作腔一端的附近形成了进口。在工作腔另一端的附近形成了出口。齿和槽的螺旋升角从进口朝向出口减小。各齿的轮廓包括一对第一弧部分，其弧中心位于凸形转子的节距圆上，还包括设置在第一弧部分之间的第二弧部分。各槽的轮廓包括与第一弧部分相对应的一对第三弧部分，以及与第二弧部分大致对应的第四弧部分。
在所附权利要求中详细地阐述了本发明的被视为新颖的特征。通过参考当前优选的实施例的以下介绍以及附图，可以最佳地理解本发明及其目的和优点，在附图中图1是根据本发明的第一优选实施例的螺旋真空泵的剖视图；图2是第一优选实施例的凸形转子和凹形转子的轴向视图；图3是图2所示凸形转子和凹形转子的局部放大的轴向视图，显示了凸形转子的齿和凹形转子的槽；图4A是根据本发明的第二优选实施例的凸形转子和凹形转子的轴向视图；图4B是图4A所示凸形转子和凹形转子的局部放大的轴向视图，显示了凸形转子的齿和凹形转子的槽；图5A是根据本发明的第三优选实施例的凸形转子和凹形转子的轴向视图；图5B是图5A所示凸形转子和凹形转子的局部放大的轴向视图，显示了凸形转子的齿和凹形转子的槽；和图6是根据现有技术的凸形转子和凹形转子的轴向视图。
具体实施例方式
下面将参见图1至图3来介绍根据本发明的第一优选实施例的螺旋流体机器。图1显示了作为螺旋流体机器的一个示例的螺旋真空泵10。图1所示螺旋真空泵10的上端和下端分别对应于其后端和前端。螺旋真空泵10在下文将简称为真空泵。
如图1所示，本优选实施例的真空泵10具有泵壳11，其包括前壳体12、转子壳体13、后壳体14和齿轮壳体15。前壳体12连接在转子壳体13的前端上，后壳体14连接在转子壳体13的后端上。齿轮壳体15连接在后壳体14的后端上。泵壳11在其中容纳了相互啮合在一起的螺旋形的凸形转子17和螺旋形的凹形转子27。工作腔16由凸形转子17和凹形转子27以及泵壳11来限定。
凸形转子17包括转子主体18以及与转子主体18整体式相连的转轴19。转子主体18在其周围形成了五个齿20，其以规则地隔开的间隔围绕转轴19的轴线设置，如图2所示。转子主体18在其周围在任意两个相邻齿20之间形成了节距弧部分(第五弧部分)18a，其具有与凸形转子17的节距圆Cm(图3)相同的半径。凸形转子17的齿20螺旋式地从凸形转子17的前端向后端延伸，呈螺旋形的齿20形成为使其螺旋升角a在齿20的螺旋方向上从凸形转子17的前端朝向其后端减小。从图1中可见，齿20环绕着转子主体18达一圈以上。因此，齿20的圈数等于或大于一。如图1所示，凸形转子17的转轴19分别在其前端由前壳体12通过轴承21支撑，在其后端由后壳体14通过轴承22支撑。凸形转子17的转轴19延伸通过后壳体14，并且其后端位于齿轮壳体15中。齿轮23连接在转轴19的后端上。联轴节24连接在齿轮23的后部，装配在齿轮壳体15的后部上的驱动电机25的输出轴26连接在联轴节24上。
与凸形转子17相似，凹形转子27包括转子主体28以及与转子主体28整体式相连的转轴29，如图1所示。转子主体28在其周围形成了六个槽30，其以规则地隔开的间隔围绕转轴29的轴线设置，如图2所示。转子主体28在其周围在任意两个相邻槽30之间形成了节距弧部分(第六弧部分)28a，其具有与凹形转子27的节距圆Cf相同的半径。槽30螺旋式地从凹形转子27的前端向后端延伸，并成形为与凸形转子17的齿20互补。槽30的螺旋升角在槽30的螺旋方向上从凹形转子27的前端朝向其后端减小。凸形转子17和凹形转子27设置成相互平行，使得凸形转子17的齿20与凹形转子27的槽30相互啮合在一起。如图1所示，槽30环绕着转子主体28达一圈以上。因此，槽30的圈数等于或大于一。凹形转子27的转轴29分别在其前端由前壳体12通过轴承31支撑，在其后端由后壳体14通过轴承32支撑。齿轮33连接在转子壳体15中的转轴29的后端上，并与凸形转子17的转轴19上的齿轮23相啮合。因此，在驱动电机25的操作中，凸形转子17和凹形转子27沿相反的方向旋转。
如图1所示，在转子壳体13中的接近工作腔16的前端处形成了进口57。在转子壳体13中的接近工作腔16的后端处形成了出口58。可压缩流体如空气在低于大气压的压力下从进口57吸入到工作腔16中。随着凸形转子17和凹形转子27的旋转，空气在工作腔16中被压缩，同时被输送至工作腔16的后端。压缩空气通过出口58而排出。
现在来介绍凸形转子17的齿20和凹形转子27的槽30。首先介绍凹形转子27的槽30。在图2中显示了凹形转子27在其轴向上的轮廓，如图3所示地从节距圆Cf向内凹入的部分对应于槽30。槽30的轮廓包括一对弧部分(第三弧部分)30a以及连接弧部分30的底部弧部分(第四弧部分)30b。各弧部分30a的弧中心Of位于节距圆Cf上。底部弧部分30b的弧中心与节距圆Cf的中心Pf重合，槽30的轮廓具有基本上宽敞的U形。底部弧部分30b的半径r2通过从节距圆Cf的半径Rf中减去弧部分30a的半径r1来确定。槽30的张开角β是在分别将弧部分30a的弧中心Of与节距圆Cf的中心Pf连接起来的直线之间的角度。为了便于说明，将节距圆Cf与槽30连接起来的点或界限称为顶点Q。
现在来介绍凸形转子17的齿20。在图2中显示了凸形转子17的在其轴向上的轮廓。如图3所示的从节距圆Cm上突出的轮廓的一部分对应于齿20。齿20的轮廓包括一对弧部分(第一弧部分)20a以及将弧部分20a连接起来的外径弧部分(第二弧部分)20b。弧部分20a的弧中心Om位于节距圆Cm上。外径弧部分20b的弧中心与凸形转子17的节距圆Cm的中心Pm重合，弧部分20a的半径r1与凹形转子27的弧部分30a的半径r1相同。凹形转子27的弧部分30a以互补的方式与凸形转子17的弧部分20a相对应，凹形转子27的底部弧部分30b以互补的方式与凸形转子17的外径弧部分20b大致相对应。各齿20的轮廓还包括一对弯曲部分20c，其位于弧部分20a与节距圆Cm之间，并与顶点Q的轨迹路径相一致。因此，齿20的轮廓以互补的方式与凹形转子27的槽30的轮廓大致相对应。
齿20的张开角α是在分别将弧部分20a的弧中心Om与节距圆Cm的中心Pm连接起来的直线之间的角度。在该优选实施例中，凸形转子17的齿20的数量是五个，凹形转子27的槽30的数量是六个，如上所述。
在凸形转子17和凹形转子27的这种组合中，齿20的数量与槽30的数量之比等于凸形转子17的齿20的张开角α与凹形转子27的槽30的张开角β之比，因此齿20和槽30可正确地相互啮合。
凸形转子17和凹形转子27由适当的材料制成，凹形转子27的槽30通过用机加工工具如端铣刀来切削加工成形。由于凹形转子27的槽30形成于成对的弧部分30a与底部弧部分30b之间和之中，因此槽30的宽度相对于其深度而言要比现有设计更大。在通过切削来形成槽30时，切削工具可容易地接近凹形转子27中的槽30的螺旋升角相对较小的部分。特别是，当凹形转子27的尺寸较小时，通过在成对的弧部分30a之间提供底部弧部分30b而形成的扩宽的槽30可用于帮助对凹形转子27的其中槽30的螺旋升角相对较小的部分进行切削。
下面将介绍本优选实施例的真空泵10的操作。当凸形转子17由驱动电机25通过联轴节24来转动时，凹形转子27在与凸形转子17相反的方向上旋转。通过在凸形转子17和凹形转子27的旋转期间使凸形转子17的齿20与凹形转子27的槽30相啮合，空气就在低于大气压的压力下通过进口57而被吸入到工作腔16中。随着凸形转子17和凹形转子27的旋转，被吸入的空气的体积减小。从工作腔16中迫出的压缩空气通过出口58而排出真空泵。
根据本优选实施例的真空泵10，可以实现以下有利的效果。
(1)由于槽30形成于成对的弧部分30a与底部弧部分30b之间和之中，因此凹形转子27的槽30的宽度相对于其深度而言要比现有设计更大。在通过切削来形成槽30时，切削工具可容易地接近凹形转子27中的槽30的螺旋升角相对较小的部分。因此，可以容易地进行切削工作，无须使用任何先进的机加工技术。
(2)由于通过切削工具对槽30的切削比较容易，因此缩短了机加工凹形转子27的时间。另外，在凹形转子27中的槽30的螺旋升角相对较小的部分中，槽30的切削精度得以提高，从而提高了真空泵10的工作性能。
(3)在槽30的成对的弧部分30a之间提供了底部弧部分30b，这可有助于防止在槽30的切削过程中对切削工具施加过大的载荷。因此，可以保持切削工具的刚度，并延长了其使用寿命。
以下将介绍第二优选实施例的真空泵。图4A和4B显示了第二优选实施例的真空泵的特性化特征，即凸形转子41和凹形转子44。凸形转子41的转子主体42在其周围形成有五个齿43，其轮廓包括一对弧部分(第一弧部分)43a和外径弧部分(第二弧部分)43b。转子主体42在其周围在任意两个相邻齿43之间形成了节距弧部分(第五弧部分)42a，其半径均小于凸形转子41的节距圆Cm的半径。齿43的轮廓还包括一对弯曲部分43c，其成曲形地将弧部分43a与节距弧部分42a连接起来。同时，凹形转子44的转子主体45在其周围形成有六个槽46，这些槽的轮廓包括一对弧部分(第三弧部分)46a和底部弧部分(第四弧部分)46b。转子主体45还在其周围在任意两个相邻槽46之间形成了节距弧部分(第六弧部分)45a，其均具有比凹形转子44的节距圆Cf的半径更大的半径。转子主体45在其周围形成了弯曲部分46c，其成曲形地将槽46的弧部分46a与节距弧部分45a连接起来。弯曲部分43c与弯曲部分46c的轨迹路径(也称为包络线)大致相一致。
根据本优选实施例的真空泵，在凹形转子44中切削槽46的加工变得容易。另外，弯曲部分43c设置成将凸形转子41的节距弧部分42a与弧部分43a成曲形地连接起来，因此消除了齿根处的尖锐角部，并且使在凸形转子41中切削齿43变得容易。尽管未在图中示出，然而凸形转子41的齿43的张开角与凹形转子44的槽46的张开角之比等于齿43的数量与槽46的数量之比。
下面将介绍第三优选实施例的真空泵。图5A和5B显示了第三优选实施例的真空泵的特性化特征，即凸形转子51和凹形转子54。在本优选实施例的真空泵中，凸形转子51的转子主体52在其周围形成了五个齿53，其轮廓包括一对弧部分(第一弧部分)53a和外径弧部分(第二弧部分)53b。转子主体52在其周围在任意两个相邻齿53之间形成了节距弧部分(第五弧部分)52a，其均具有比凸形转子51的节距圆Cm的半径更大的半径。齿53的轮廓还包括一对弯曲部分53c，其成曲形地将凸形转子51的弧部分53a与节距弧部分52a连接起来。弯曲部分53c与将在下文中介绍的节距弧部分(第六弧部分)55a与弧部分56a之间的顶点或界限的轨迹路径大致相一致。
同时，凹形转子54的转子主体55在其周围形成了六个槽56，其轮廓包括一对弧部分(第三弧部分)56a和底部弧部分(第四弧部分)56b。转子主体55在其周围在任意两个相邻槽56之间形成了节距弧部分55a，其具有比凹形转子54的节距圆Cf的半径更小的半径。凹形转子54的槽56的深度小于第二优选实施例中的凹形转子44的槽46的深度。
根据本优选实施例的真空泵，在凸形转子51中切削齿53变得容易。由于凹形转子54的槽56比较浅，因此可以容易地完成在凹形转子54中切削出槽56的加工。凸形转子51的齿53的张开角与凹形转子54的槽56的张开角之比等于齿53的数量与槽56的数量之比。
本发明并不限于上述优选实施例，而是可修改成为以下的备选在上述第一、第二和第三优选实施例中，介绍了作为螺旋流体机器的一个示例的螺旋真空泵。然而应当注意的是，本发明也适用于螺旋压缩机。
在上述第一、第二和第三优选实施例中，凸形转子的齿的数量是五个，而凹形转子的槽的数量是六个。作为另选，齿的数量为四个，而槽的数量为六个。只要槽的数量大于齿的数量，就可根据需要来改变这些数量。根据齿和槽的数量来确定凸形转子的齿的张开角和凹形转子的槽的张开角。
在上述第一、第二和第三优选实施例中，凸形转子的齿的数量是五个，而凹形转子的槽的数量是六个。作为另选，齿的数量为四个，而槽的数量为五个。如果齿的圈数与槽的圈数相等或比它多一圈，则槽的数量可比齿的数量多一个。根据齿和槽的数量来确定凸形转子的齿的张开角和凹形转子的槽的张开角。
这些示例和实施例被视为示例性的和非限制性的，本发明并不限于本文所给出的细节，而是可在所附权利要求的范围内进行修改。
权利要求
1.一种螺旋流体机器，包括螺旋形的凸形转子，其具有螺旋式地形成于其周围的齿；螺旋形的凹形转子，其具有螺旋式地形成于其周围的槽，所述凹形转子与所述凸形转子啮合在一起；壳体，在其中容纳了所述凸形转子和凹形转子，由所述壳体以及所述凸形转子和凹形转子限定了工作腔；进口，其形成为接近所述工作腔的一端；和出口，其形成为接近所述工作腔的另一端，所述齿和槽的螺旋升角从所述进口朝向所述出口减小，其中各所述齿的轮廓包括其弧中心位于所述凸形转子的节距圆上的一对第一弧部分，以及设置在所述第一弧部分之间的第二弧部分，各所述槽的轮廓包括与所述第一弧部分相对应的一对第三弧部分，以及与所述第二弧部分大致对应的第四弧部分。
2.根据权利要求1所述的螺旋流体机器，其特征在于，所述凹形转子的槽的数量大于所述凸形转子的齿的数量，所述凸形转子的齿的张开角与所述凹形转子的槽的张开角之比等于所述齿的数量与所述槽的数量之比。
3.根据权利要求1所述的螺旋流体机器，其特征在于，所述第二弧部分的弧中心与所述凸形转子的节距圆的中心相重合，所述第四弧部分的弧中心与所述凹形转子的节距圆的中心相重合。
4.根据权利要求1所述的螺旋流体机器，其特征在于，所述凹形转子的槽的数量比所述凸形转子的齿的数量多一个，所述凸形转子的齿的张开角与所述凹形转子的槽的张开角之比等于所述齿的数量与所述槽的数量之比，所述齿的圈数与所述槽的圈数相等或比其多一圈。
5.根据权利要求1所述的螺旋流体机器，其特征在于，所述凸形转子在其周围在任意两个相邻齿之间形成有第五弧部分，所述凹形转子在其周围在任意两个相邻槽之间形成有第六弧部分，各所述齿的轮廓包括一对弯曲部分，其将所述第一弧部分与所述第五弧部分连接起来。
6.根据权利要求5所述的螺旋流体机器，其特征在于，各所述弯曲部分与所述凹形转子的第六弧部分与第三弧部分之间的界限的轨迹路径相对应。
7.根据权利要求5所述的螺旋流体机器，其特征在于，所述凹形转子的第六弧部分的半径与所述凹形转子的节距圆的半径相同，所述凸形转子的第五弧部分的半径与所述凸形转子的节距圆的半径相同。
8.根据权利要求5所述的螺旋流体机器，其特征在于，所述凹形转子的第六弧部分的半径大于所述凹形转子的节距圆的半径，所述凸形转子的第五弧部分的半径小于所述凸形转子的节距圆的半径。
9.根据权利要求5所述的螺旋流体机器，其特征在于，所述凹形转子的第六弧部分的半径小于所述凹形转子的节距圆的半径，所述凸形转子的第五弧部分的半径大于所述凸形转子的节距圆的半径。
10.根据权利要求1所述的螺旋流体机器，其特征在于，所述第一弧部分的半径与所述第三弧部分的半径相同。
11.根据权利要求1所述的螺旋流体机器，其特征在于，所述螺旋流体机器为螺旋真空泵。
全文摘要
一种螺旋流体机器，包括螺旋形凸形转子，其具有螺旋式地形成于其周围的齿，还包括螺旋形的凹形转子，其具有螺旋式地形成于其周围的槽。凹形转子与凸形转子啮合在一起。壳体在其中容纳了凸形转子和凹形转子。由壳体以及凸形转子和凹形转子限定了工作腔。齿和槽的螺旋升角从进口朝向出口减小。各齿的轮廓包括一对第一弧部分，其弧中心位于凸形转子的节距圆上，还包括设于第一弧部分之间的第二弧部分。各槽的轮廓包括与第一弧部分相对应的一对第三弧部分，以及与第二弧部分大致对应的第四弧部分。
文档编号F04C25/00GK1690427SQ20051007001
公开日2005年11月2日 申请日期2005年4月27日 优先权日2004年4月28日
发明者村上和朗, 山本真也, 桑原卫, 原田理惠子 申请人:株式会社丰田自动织机