专利名称：爪式转子的单爪设计方法
技术领域：
本发明涉及一种爪式转子的单爪及双爪设计方法，其为中国台湾发明专利申请案第94124780号(美国发明专利申请第11/214,876号)的进一步改进，该方法能以参数化取得相互共轭啮合的定义转子与共轭转子的单爪或双爪，且能以不同参数定义并评估求出最佳共轭啮合的转子性能，以提供具有较高压缩比与输送容积，及使得工作腔室膨胀、压缩运动过程顺畅、降低泄漏，而于转子运动过程不会产生噪音及震动的效果。
背景技术：
公知有关爪式转子的构造可参考美国专利案第1,426,820、4,138,848、4,224,016、4,324,538、4,406,601、4,430,050以及5,149,256号等。前述公知爪式转子的构造共同的瑕疵在于爪式转子的两爪曲线在尖部形成不连续，因而，当运用于须进行膨胀、压缩周期性循环运动的机械上，该定义转子、共轭转子及腔壁间的工作腔室，通过两转子啮合转动产生的膨胀压缩过程，两爪会在该尖部运转不顺畅，而会有噪音与震动的现象产生。简言之，公知爪式转子的两爪在尖部的曲线不顺畅，将造成两爪相互啮合性不佳，而在膨胀压缩过程产生噪音与震动，或造成因不当的啮合所产生的摩耗，而降低使用寿命。
鉴于此，中国台湾发明专利申请案第94124780号(美国发明专利申请第11/214,876号)已揭露一种能够由不同参数定义取得相互啮合的定义转子与共轭转子，当运用于须进行膨胀、压缩周期性循环运动的机械上，于膨胀压缩过程由不同线形作平滑连接，可以解决在运转的过程会有噪音与震动的现象。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种爪式转子的单爪设计方法，该方法除能以参数化取得相互共轭啮合的定义转子与共轭转子的单爪，且依该方法所设计出的单爪，当运用于须进行膨胀、压缩周期性循环运动的机械上，能提高压缩比与输送容积，且在运转的过程不会有噪音与震动的产生。
本发明的技术解决方案是一种爪式转子的单爪设计方法，该方法用于制造相互共轭啮合的定义转子与共轭转子，以参数化设计出包含曲线E、圆弧A、圆弧B、圆弧F、圆弧C、圆弧H，及直线Y，以及圆弧G定义转子的单爪外形曲线，再由单爪的定义转子中各定义曲线的共轭曲线组成单爪的共轭转子，其中取得该定义转子的单爪外形曲线的方法包括指定定义转子最大半径R、定义转子的宽度D、定义转子与共轭转子的节圆半径Rp及此二节圆的圆心t1，t3，此二节圆中心距为2Rp，Rp小于R，且R与Rp二者有一适当比例；取节圆的圆心t1作为定义转子的圆心，通过另一节圆的圆心t3作水平线h1，并在该水平线h1上取得一点P0，该点P0与圆心t1的水平距离为定义转子最大半径R，由该点P0绕节圆圆心t1产生共轭曲线E’，曲线E’相对于二节圆交点P7的对称曲线E，取此曲线E作为转子的叶片一部份，该曲线E在水平线h1上取得交点P3；由该水平线h1及定义转子圆心t1，半径为R的圆心角α，决定定义转子运动曲线的另一点P1，连接前述点P0与P1可取得定义转子的叶片外形曲线的圆弧A，且与曲线E平顺连接；于该圆心角α的夹边h2上取得第二圆心点t2，并经由如下公式求得第二圆心点t2的半径rB，即rB+(R-rB)sinα=D2]]>rB=D/2-Rsinα1-sinα]]>
以点P1作为圆弧B的一端点，依半径rB取得一圆弧B并以第二圆心点t2上方的垂直位置获得该圆弧B的另一端点P2，圆弧B即为定义转子的叶片外形曲线一部份；以节圆圆心t3为圆心，定义转子的最大半径R为半径，取得圆弧F，该圆弧F的两端点分别在点P3，及与所指定圆心角β的夹边h3的交接点P4；取点P4为圆弧C的一个端点，并在该圆心角β的夹边h3上取得圆心点t4，并以半径rC为半径，另一端点P5在圆弧C的圆心t4下方的垂直位置，该半径rC可由下式求得rC+(r+rC)sinβ=D2]]>rC=D/2-rsinβ1+sinβ]]>取圆弧C的圆心t4相对于定义转子的圆心t1的对称点，作为圆弧H的圆心t5，该圆弧H的圆心t5的一端点P6在其垂直上方，即点P5相对于圆心t1的对称点P6，另一端点P9位于通过圆心t5与t4的延伸直线上，为该延伸直线与圆弧C交点P8相对于定义转子的圆心t1的对称点位置；连接点P2及点P6形成水平直线Y；取定义转子的圆心t1为圆弧G的圆心，并从该圆心至圆弧H外侧端点P9的距离作为半径，圆弧G的两端点P5与P9，即为圆弧C与圆弧H的外侧端点P5与点P9，可平滑使圆弧G、圆弧C及圆弧H连接一起；连接上述的曲线E、圆弧A、圆弧B、圆弧F、圆弧C、圆弧H，及直线Y，以及圆弧G组成定义转子的单爪外形曲线。
本发明的特点和优点是本发明的爪式转子的单爪设计方法是以参数化设计出相互共轭啮合的定义转子与共轭转子，包含由曲线E、圆弧A、圆弧B、圆弧F、圆弧C、圆弧H，及直线Y，以及圆弧G等组成的定义转子的单爪外形曲线，其中其中该圆弧H的圆心t5为圆弧C的圆心t4相对于定义转子的圆心t1的对称点，而半径与圆弧C的半径rC相同，该圆弧H的圆心t5的一端点P6在其垂直上方，另一端点P9位于通过圆心t5与t4的直线与圆弧C交点P8，由该交点P8相对于定义转子的圆心t1的对称点位置；另外，本发明爪式转子的单爪设计方法再一特征，在于圆弧G的圆心为定义转子的圆心t1，而半径为圆心t1至圆弧H外侧端点P9的距离，其两端点P9，P5恰为圆弧C与圆弧H的外侧端点，可平滑的使圆弧G、圆弧C及圆弧H连接一起，而取得单爪的定义转子。
由此可以看出，上述圆弧H为相对于定义转子的圆心的圆弧C相对弧线，而该圆弧G的圆心为定义转子的圆心，其半径为圆心至圆弧H外侧端点的距离，其两端点恰可平滑的连接于圆弧C与圆弧H的外侧端点，由该方法所取得的单爪转子克服了公知技术的缺陷，当运用于须进行膨胀、压缩周期性循环运动的机械上，能提高压缩比与输送容积，且在运转的过程不会有噪音与震动的产生。
图1为本发明爪式转子的单爪设计方法形成端点共轭曲线的示意图。
图2为本发明爪式转子的单爪设计方法形成定义转子的单爪外形的示意图。
图3为本发明爪式转子的单爪设计方法形成共轭转子的单爪外形的示意图。
图4为本发明爪式转子的单爪设计方法中定义转子的厚度D分别为50，55，60mm；圆心角α为3度、圆心角β为6度时，定义转子与共轭转子的双爪外形变化的示意图。
附图标号说明定义转子 1，1’共轭转子 2，2’最大半径 R 定义转子宽度 D节圆半径 Rp直线 Y圆心 t1，t2，t3，t4水平线h1，h2点P0，P1，P2，P3，P4，P5，P6，P7，P8，P9
圆心角 α，β半径 rB，rC曲线E，E’圆弧 A，B，C，F，H，G具体实施方式
请参阅图1、图2为本发明爪式转子的单爪设计方法，图上说明取得单爪的定义转子1与共轭转子2，以先取得定义转子1的单爪外形，再以共轭曲线取得共轭转子2的单爪外形，如图所示，该定义转子1的单爪外形取得包括如下步骤1.请参阅图1，指定定义转子最大半径R＝60mm、定义转子宽度D＝50mm、定义转子及共轭转子的节圆半径Rp＝40mm(定义转子最大半径R与节圆半径Rp的比例为R＝3Rp/2)，二节圆的圆心分别为t1及t3。
2.取节圆的圆心t1作为定义转子的圆心，通过一水平线h1，并在该水平线h1上取得一点P0，此点P0与圆心t1的水平距离为R，由该点P0绕节圆圆心t1产生共轭曲线E’，曲线E’相对于节圆交点P7的对称曲线E，如图2，取该曲线E作为转子的叶片一部份。该曲线E在水平线h1上的交点P3。
3.定义转子外形曲线的另一点P1，由定义转子圆心t1以半径R及所指定的圆心角α(α＝3)决定。连接点P0与P1可取得圆弧A。
4.取圆心角α的夹边h2，且在该夹边h2上取得一圆心点t2，半径为rB。
5.该半径rB由如下求得(其中R＝定义转子的最大半径；即圆心t1至点P1的长度)rB+(R-rB)sinα=D2]]>rB=D/2-Rsinα1-sinα]]>6.求得半径rB再以圆心t2为圆心，取得圆弧B，该圆弧B的一端点即为点P1，另一端点为点P2，该点在圆心t2上方的垂直位置，该圆弧B即为定义转子的外形曲线的另一部份。
7.再以节圆圆心t3为圆心，定义转子的最大半径R为半径，取得圆弧F，该圆弧F的两端点分别在点P3，及与所指定圆心角β(β＝6)的夹边h3的交接点P4。
8.以点P4为圆弧C的一个端点，并在该圆心角β的夹边h3上取得圆心点t4，并以半径rC为半径。
9.该半径rC由如下求得(其中R＝定义转子的最大半径；即圆心t3至点P4的长度)rC+(R+rC)sinβ=D2]]>rC=D/2-Rsinβ1+sinβ]]>10.求得半径rC再以圆心t4为圆心，则可取得两端点为点P4与点P5的圆弧C作为定义转子的外形曲线的另一部份，其中点P5在圆心t4下方的垂直位置。
11.再以圆弧C的圆心t4相对于定义转子的圆心t1的对称点，作为圆弧H的圆心t5，并以圆弧C的半径rC为半径，该圆弧H的两端点，一端点P6在该圆心t5的垂直上方(即点P5相对于圆心t1的对称点)，另一端点P9位于通过圆心t5与t4的延伸直线上，为该延伸直线与圆弧C交点P8相对于定义转子的圆心t1的对称点位置。
12.连接点P2及点P6形成水平直线Y。
13.最后，以定义转子的圆心t1作为圆弧G的圆心，并从该圆心t1至圆弧H外侧端点P9的距离作为半径，圆弧G的两端点P5与P9，即为圆弧C与圆弧H的外侧端点P5与点P9，可平滑使圆弧G、圆弧C及圆弧H连接一起。因此，连接上述的曲线E、圆弧A、圆弧B、圆弧F、圆弧C、圆弧H，及直线Y，以及圆弧G等即可取得定义转子的单爪外形曲线。
另，该共轭转子是利用上述步骤决定定义转子1的单爪的外形曲线后，再由定义转子中各定义曲线的共轭曲线组成共轭转子2的双爪外形(图3)。因此，通过上述的步骤，可取得具有单爪的定义转子1与共轭转子2。
续请参阅图4为本发明双爪式转子的设计方法，其中定义转子最大半径R为60mm、节圆半径Rp为40mm、定义转子宽度D值分别为50，55，60mm、圆心角α为3度、圆心角β为6度的单爪应用例，如图所示在上述条件下，定义转子1与共轭转子2的外形变化，依共轭啮合的特性，该定义转子1’的宽度D值最较小的(S1)所对应的共轭转子2’的外形为最大(L1)，如此类推，实际应用上可以视需要作对应的调整。
通过本发明的方法所制出的单爪的定义转子与共轭转子，当运用于须进行膨胀、压缩周期性循环运动的机械上，在相互啮合运转的过程因为以不同曲线经平滑连接，因此，能够使得两转子不会有噪音与震动的现象产生，且更能够提高压缩比与输送容积。
虽然本发明已以具体实施例揭示，但其并非用以限定本发明，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围的前提下所作出的等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，皆应仍属本专利涵盖的范畴。
权利要求
1.一种爪式转子的单爪设计方法，该方法用于制造相互共轭啮合的定义转子与共轭转子，以参数化设计出包含曲线E、圆弧A、圆弧B、圆弧F、圆弧C、圆弧H，及直线Y，以及圆弧G定义转子的单爪外形曲线，再由单爪的定义转子中各定义曲线的共轭曲线组成单爪的共轭转子，其中取得该定义转子的单爪外形曲线的方法包括指定定义转子最大半径R、定义转子的宽度D、定义转子与共轭转子的节圆半径Rp及此二节圆的圆心t1，t3，此二节圆中心距为2Rp，Rp小于R，且R与Rp二者有一适当比例；取节圆的圆心t1作为定义转子的圆心，通过另一节圆的圆心t3作水平线h1，并在该水平线h1上取得一点P0，该点P0与圆心t1的水平距离为定义转子最大半径R，由该点P0绕节圆圆心t1产生共轭曲线E’，曲线E’相对于二节圆交点P7的对称曲线E，取此曲线E作为转子的叶片一部份，该曲线E在水平线h1上取得交点P3；由该水平线h1及定义转子圆心t1，半径为R的圆心角α，决定定义转子运动曲线的另一点P1，连接前述点P0与P1可取得定义转子的叶片外形曲线的圆弧A，且与曲线E平顺连接；于该圆心角α的夹边h2上取得第二圆心点t2，并经由如下公式求得第二圆心点t2的半径rB，即rB+(R-rB)sinα=D2]]>rB=D/2-Rsinα1-sinα]]>以点P1作为圆弧B的一端点，依半径rB取得一圆弧B并以第二圆心点t2上方的垂直位置获得该圆弧B的另一端点P2，圆弧B即为定义转子的叶片外形曲线一部份；以节圆圆心t3为圆心，定义转子的最大半径R为半径，取得圆弧F，该圆弧F的两端点分别在点P3，及与所指定圆心角β的夹边h3的交接点P4；取点P4为圆弧C的一个端点，并在该圆心角β的夹边h3上取得圆心点t4，并以半径rC为半径，另一端点P5在圆弧C的圆心t4下方的垂直位置，该半径rC可由下式求得rC+(r+rC)sinβ=D2]]>rC=D/2-rsinβ1+sinβ]]>取圆弧C的圆心t4相对于定义转子的圆心t1的对称点，作为圆弧H的圆心t5，该圆弧H的圆心t5的一端点P6在其垂直上方，即点P5相对于圆心t1的对称点P6，另一端点P9位于通过圆心t5与t4的延伸直线上，为该延伸直线与圆弧C交点P8相对于定义转子的圆心t1的对称点位置；连接点P2及点P6形成水平直线Y；取定义转子的圆心t1为圆弧G的圆心，并从该圆心至圆弧H外侧端点P9的距离作为半径，圆弧G的两端点P5与P9，即为圆弧C与圆弧H的外侧端点P5与点P9，可平滑使圆弧G、圆弧C及圆弧H连接一起；连接上述的曲线E、圆弧A、圆弧B、圆弧F、圆弧C、圆弧H，及直线Y，以及圆弧G组成定义转子的单爪外形曲线。
2.如权利要求1所述爪式转子的单爪设计方法，其特征在于，定义转子最大半径R与节圆半径Rp的比例为R＝3Rp/2。
全文摘要
本发明公开了一种爪式转子的单爪设计方法，该方法以参数化设计出相互共轭啮合的定义转子与共轭转子，包含由曲线E、圆弧A、圆弧B、圆弧F、圆弧C、圆弧H，及直线Y，以及圆弧G等组成的定义转子的单爪外形曲线，其中该圆弧H为相对于定义转子的圆心的圆弧C相对弧线，而该圆弧G的圆心为定义转子的圆心，其半径为圆心至圆弧H外侧端点的距离，其两端点恰可平滑的连接于圆弧C与圆弧H的外侧端点，由该方法所取得的单爪转子，当运用于须进行膨胀、压缩周期性循环运动的机械上，能提高压缩比与输送容积，且在运转的过程不会有噪音与震动的产生。
文档编号F04C18/20GK1995706SQ200610000458
公开日2007年7月11日 申请日期2006年1月5日 优先权日2006年1月5日
发明者钟添东, 林恒毅 申请人:良峰塑胶机械股份有限公司