专利名称：螺杆泵的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种包括主转子和多个从转子的螺杆泵。
技术背景作为包括第一、第二和第三螺杆式转子的螺杆泵的示例，JP1986-294178A (下文称为"参考文献1")公开一种螺杆泵，其包括 主转子和两个从转子，主转子容置于壳体中形成的主容置孔内，从转子 分别容置于壳体中形成的以便与主容置孔平行的两个从容置孔内。螺旋 形螺紋(即，螺旋形齿部和螺旋形槽部)各形成在主转子和两个从转子。 各从转子与主转子啮合，使得各从转子被驱动而旋转。通常，主容置孔的中心轴线和各从容置孔的中心轴线之间的距离、 主转子的齿根圆直径(螺紋齿根圆直径)以及各从转子的节圆直径(螺 紋齿顶圆直径)被设置成互相匹配。在这种条件下，理想的情况是，主 转子的齿侧面的沿垂直于主转子轴线方向的方向截取的横截面形状是 沿从转子边缘所行过的外摆线形成的(即，通过从转子的齿侧面和螺紋 顶面之间的分界点)。外摆线可以被定义为一种特定类型的长短辐圆外 旋轮线。然而，在本文所附的描述中，术语"长短辐圆外旋轮线"不包 括"外摆线"的含义。进一步地，根据包括第一、第二和第三螺杆式转子的公知螺杆泵， 上述三个尺寸(即，主容置孔的中心轴线和各从容置孔的中心轴线之间 的距离、主转子的螺紋齿根圃直径以及各从转子的螺紋齿顶圆直径)中 的每一个大致被确定为是主转子的节圆直径(螺紋齿顶圆直径)的0.6 倍长，而各从转子的齿根圃直径(螺紋齿根圆直径)被确定为大致是主 转子的螺紋齿顶圆直径的0.2倍长。再进一步地，作为包括主转子和两个从转子的公知螺杆泵的另一个 示例，US7234925B2 (下文称为"参考文献2")公开一种螺杆泵，其中 上述尺寸(即，主容置孔和各从容置孔的中心轴线之间的距离、主转子 的螺紋齿根圆直径以及各从转子的螺紋齿顶圆直径)未被设置成互相匹配。具体而言，参考文献2公开了各从转子的螺紋齿根圆直径优选被确 定为小于主转子的螺紋齿顶圆直径的长度的0.31倍。在这样的条件下， 主转子的齿侧面沿垂直于主转子的轴线方向的方向截取的横截面形状 是沿长短辐圆外旋轮线形成的。进一步地，主转子的螺紋齿根圆直径被 确定为比主转子的轴线和从转子的轴线之间的距离大。然而，根据参考文献1，当从横截面看时，由于采用外摆线作为主 转子的齿侧面将要沿其形成的理论线，所以在主转子的齿侧面和螺紋齿 根部之间的连接部形成转角部。相应地，难以沿该理论线形成螺紋部。 具体而言，至少需在主转子的齿侧面和螺紋齿根部之间的连接部形成最 小转角部R，并且这样的转角部R需相应形成在从转子的边缘。在这样 配置的情况下，从转子的齿侧面形状可能变得进一步不同于其理论形 状。相应地，当主转子和各从转子互相啮合时，在主转子和各从转子之 间产生的间隙变得更大，以致可能增加流体泄漏。进一步地，作为一种加工方式，已知辊轧成型加工在加工精度和加 工时间方面比切削(磨削)加工更有利。然而，根据参考文献l，从转 子的齿侧面比连接从转子的中心和边缘的线更深地沿着其旋转方向凹 进。因此，从转子的齿侧面形成为具有根切形状。相应地，辊轧成型加 工不适合形成从转子。再进一步地，由于从转子的螺紋齿根圆直径变小，从转子的抵抗性 可能降低，特别是在减小螺杆泵的尺寸时。相应地，在通过辊轧成型加 工形成从转子的情况下，从转子的材料可能变形或损坏。由于这样的情 况，转子的加工方式可能因此受到限制。在如参考文献2所公开的主转子的螺紋齿根圆直径被确定为大于主 容置孔和从容置孔的轴线之间的距离的情况下，主转子的齿侧面沿长短 辐圆外旋轮线形成，且主转子的齿侧面和螺紋齿根连续地(平稳地)互 相连接。相应地，从转子的齿侧面形状接近理论线，从而可限制流体的 泄漏增加。然而，参考文献2未公开这样的转子其从转子包括不具有 根切形状的齿侧面且其适于通过辊轧成型加工来形成。因此需要一种包括适于通过辊轧成型加工来形成的转子的螺杆泵。5发明内容根据本发明的一个方面，螺杆泵包括壳体、主转子和多个从转子。 壳体包括主容置孔和平行于主容置孔延伸并与主容置孔连通的多个从 容置孔。主转子，其包括螺旋形齿部和沿螺旋形齿部形成的螺旋形槽部。 主转子适于容置在主容置孔中以便以可旋转方式由主容置孔支撑。每个 从转子都包括螺旋形齿部和沿螺旋形齿部形成的螺旋形槽部。从转子适 于分别容置在多个从容置孔中以便以可旋转方式由从容置孔支撑。此 外，从转子适于接合主转子并适于在主转子的旋转作用的驱动下而旋 转。主转子的齿侧面的沿垂直于主转子的轴线方向的方向截取的横截面 形状是沿从转子的边缘所行过的长短辐圆外旋轮线形成的，而不包括根 切形状。并且，各个从转子的齿侧面的沿垂直于从转子的轴线方向的方成的，而不包括^^切形状。进一步地，各从转子的螺紋齿根圆直径形成为等于或大于所述主转子的螺紋齿顶圆直径的长度的1/3倍。再进一步地，主容置孔和各个从容置孔之间的连接部处形成的转角 边缘的夹角确定为等于或大于30度。再进一步地，成立以下公式3c2+b2￡a2;以及b《0.75s。其中，a表示主容置孔的中心轴线和各个从容置孔的中心轴线之间的距离，b表示主转子的螺紋齿顶圆半径，并且c表示从转子的螺紋齿顶圆半径。因此，由于满足条件"3一+b^a2，，，所以从转子的齿侧面上不形成根 切。进一步地，由于满足条件"b^0.75a"，所以从转子3的螺紋齿根圆 直径被确定为等于或大于主转子的螺紋齿顶圆直径的长度的1/3倍。相 应地，获得所述从转子实际符合要求的抵抗性。进一步地，结合上述条 件，从转子适于通过辊轧加工来形成。再进一步地，提高了从转子的加 工精度并减少了从转子的加工时间。进一步根据本发明的另一个方面，进一步成立以下公式b+0.9c^a。再进一步地，主转子和各从转子通过辊轧成型加工来形成。在b和c的总值(b+c)接近距离a的值的条件下，壳体的主容置 孔和各从容置孔之间的连接部处形成的转角边缘的夹角(交叉转角角度)变得更窄，使得壳体的加工困难。然而，由于满足条件"b+0.9c^a"， 所以交叉转角角度被设置成等于或大于30度。因此，所述壳体易于制 造。
本发明的前述和另外的特征和特点将通过以下参照附图的详细描 述而变得更加明显，其中图l是示出根据一个实施方式的螺杆泵的横截面图；图2是所述螺杆泵沿图1的线II-II截取的横截面图；以及图3是示出主转子和从转子的轴线间的距离、所述主转子的螺紋齿 顶圆半径和所述从转子的螺紋齿顶圆半径之间关系的图。
具体实施方式
下文将参照附图描述本发明的一个实施方式。如图1和图2所示，螺杆泵主要包括壳体l、主转子2和多个从转 子3(根据该实施方式，有两个从转子3)。壳体1包括互相平行地延伸的主容置孔11和多个从容置孔12 (根 据该实施方式，有两个从容置孔12)。容置孔11和12沿垂直于各自轴 向的方向分别具有大致圆形横截面形状。具体而言，主容置孔11位于 壳体l的中心位置，而从容置孔12位于主容置孔11的径向两侧。主容 置孔11的内径和各从容置孔12的内径的总值被确定为大于在主容置孔 11的中心轴线和各从容置孔12的中心轴线之间限定的距离。相应地， 主容置孔11和各从容置孔12互相连通。进口 13形成在壳体1的一个 端部(一个轴向端部)，而出口 14形成在壳体1的另一个端部(另一个 轴向端部)。操作流体适于经进口 13注入壳体1并经出口 14从壳体1 排出。主转子2可旋转地容置在壳体1的主容置孔11中。构造成具有螺旋 形齿部21和螺旋形槽部22的螺紋形成在主转子2的一个轴向端部。具 体而言，螺旋形齿部21在壳体1的进口 13和出口 14之间限定的区域 形成在主转子2,而螺旋形槽部22沿螺旋形齿部21形成在主转子2。主转子2的螺旋形齿部21的外周缘(即螺紋顶面)可滑动地接触主容 置孔11的内周面。
驱动端部23形成在主转子2的另一个轴向端部以便当组装在壳体1 上时从其突出。诸如马达这样的驱动装置与主转子2的驱动端部23连 接，从而主转子2通过该驱动装置被驱动而旋转。
进一步地，圆柱形(短圓柱形)轴颈部24在螺旋形齿部21 (即螺 旋形槽部22 )和驱动端部23之间限定的位置形成在主转子2。主转子2 可旋转地被壳体1经由轴颈部24支承。壳体1在主转子2的轴颈部24 定位的部分以大致密封的方式构成。从壳体1经形成在壳体1和轴颈部 24之间的小间隙排泄的操作流体由排泄回路收集。
如以下将描述的，主转子2的齿侧面25沿垂直于主转子2的轴线 方向的方向截取的横截面形状是沿从转子3的边缘(即，各从转子3的 齿侧面34和螺紋顶面之间的分界点)所行过的长短辐圆外旋轮线形成 的。
从转子3容置在从容置孔12中并分别可旋转地由从容置孔12支承。 根据该实施方式，两个从转子3分别容置在两个从容置孔12中。从转 子3包括相同的结构。构造成具有螺旋形齿部31和螺旋形槽部32的螺 紋形成在各从转子3的一个轴向端部。具体而言，螺旋形齿部31在壳 体1的进口 13和出口 14间限定的区域形成在各从转子31上，而螺旋 形槽部32沿螺旋形齿部31形成在各从转子3上。各从转子3的螺旋形 齿部31的外周缘(螺紋顶面)可滑动地接触相应的从容置孔12的内周 面.进一步地，圆柱形(短圆柱形)轴颈部33形成在各从转子3的另 一个轴向端部并被壳体1可旋转地支承。
如以下将描述的，各从转子3的齿侧面34沿垂直于其轴线方向截 取的横截面形状是沿主转子2的边缘(即，主转子2的齿侧面25和螺紋 顶面之间的分界点)所行过的长短辐圃外旋轮线形成的。
主转子2的螺紋(螺旋形齿部21和螺旋形槽部22 )的螺旋方向与 从转子3的螺紋(螺旋形齿部31和螺旋形槽部32 )的螺旋方向相反。 主转子2的螺旋形齿部21配合到各从转子3的螺旋形槽部32内，而各 从转子3的螺旋形齿部31配合到主转子2的螺旋形槽部22内。因此， 主转子2和各从转子3互相啮合。进一步地，由于主转子2被驱动装置 驱动而旋转，所以各从转子3也随着主转子2的旋转被驱动而旋转。在如此构造的情况下，当主转子2被驱动装置驱动而沿着预定的旋 转方向旋转时，各从转子3被驱动而沿着与主转子2的旋转方向相反的 方向旋转。因此，由于主转子2和从转子3的旋转，低压操作流体注入 壳体1。操作流体充满主转子2的螺旋形槽部22和各从转子3的螺旋形 槽部32并然后沿着主转子2的轴线方向(从转子3的轴线方向)流向 出口 14同时被加压。因此，低压操作流体注入壳体1并且加压的操作 流体从其排出。
由于主转子2的齿侧面25和从转子3的齿侧面34各沿长短辐圆外 旋轮线形成，所以主转子2和各从转子3相对彼此移动，同时主转子2 的边缘与从转子3的齿侧面34接触且从转子3的边缘与主转子2的齿 侧面25接触。因此，封装在各螺旋形槽部22和32中的操作流体从壳 体1排出而不会泄漏到邻近的螺旋形槽部中。
下文将描述根据该实施方式的螺杆泵的特征。将主容置孔11和各从 容置孔12的中心轴线之间的距离定为距离a。将主转子2的节圆半径(螺 紋齿顶圆半径)定为螺紋齿顶圆半径b ，并且将从转子3的节圆半径(螺 紋齿顶圆半径)定为螺紋齿顶圆半径c。相应地，主转子2的齿根圆半 径(螺紋齿根圆半径)通过将距离a减去螺紋齿顶圆半径c获得并表示 为"a-c"。进一步地，各从转子3的齿根圆半径(螺紋齿根圆半径)通 过将距离a减去螺紋齿顶圆半径b获得并表示为"a-b"。根据公知的螺 杆泵，距离a、螺紋齿顶圆半径b和螺紋齿顶圃半径c的值的比例通常 被确定如下a-1.2b;且c=0.6b。在图3中，横坐标轴表示"b/a"而纵坐 标轴表示"c/a"，并且如以下所述获得的条件在图3的曲线图中示出。
首先，为了不在从该主转子2的齿根圃上升(突出)的部分(即， 在主转子2的齿侧面25和齿根圆之间的连接部分)形成转角部，齿侧 面25沿长短辐圆外旋轮线形成。为了实现这样的条件，主转子2的螺 紋齿根圆半径"a-c"被确定为大于距离a的值的一半。相应地，获得条 件"a-Oa/2",即"c〈a/2"。在以下将描述的满足其它必要条件的情形中， 获得条件"a-Oa/2"，即"c〈a/2"。
接下来将说明从转子3的齿侧面34不形成根切的条件。这里，在 XY坐标中，将从转子3的螺紋齿根圓半径的旋转轴线定为对应于坐标 的原点，即(x， y) = (0， 0)。于是，在最薄的螺紋点"a-b，，被定在X 坐标上且参数e被赋以零值的条件下，将主转子2的边缘所行过的长短 辐圆外旋轮线的起始点表示如下(x， y) = ((a-b， 0)。于是，将获得主转子2的边缘随着参数e的变化(即，随着主转子2的旋转)从起始
点(a-b， 0)所行过的长短辐圆外旋轮线的轨迹如下
进一步地，将获得随着参数e的变化所行过的长短辐圆外旋轮线的
轨迹的速度向量如下
不形成根切形状的临界条件，即从坐标原点至长短辐圆外旋轮线的 轨迹上的点的向量和速度向量被设置成平行的条件，将获得如下
(a C036 -b ， cos20)(a ,咖9 -2b ,咖28) =(a ' sin9 -b , sln28)(-a ， sin白+2b , s'm28)。
因此，通过将三角函数公式代入上述公式获得公式l如下 cose=(a2+2 b2)/(3ab)
这里，将获得从坐标原点的距离值的平方如下
(a , cos9 -b , cos28)2+ (a ， stn9 - b , sln26)2 =a2+b2-2ab(cos9cos29 + sfn8sin28) 一+b2一2ab co祐
进一步地，通过将公式l代入上述公式，获得如下公式 32+ b2-2ab cos3
-a2+b2々ab ' (a3+2 . t>2) / (3ab)
再进一步地，为了从转子3的齿侧面34上不形成根切，从转子3 的螺紋齿顶圆半径c的平方被设置成小于通过上述公式所获得的值。换
(x, y)=( a * cjos9 -b * cos20, a * sin6 4 ■ sin26)
s(-a sin9 +2b * sin26' a cos6 -2b , cos26)言之，公式c、(a、b2)/3,即公式"3一+b、a2，，，是不产生根切的必要条件和充分条件。在图3中，线(1)表示不在从转子3的齿侧面34形成根切的临界线(3c2+b2=a2)，即如果(a， b， c)的值满足公式"3c2+b2$a2"就不会在从转子3的齿侧面34形成根切。
根据US7234925B2,从转子3的螺紋齿根圆直径被设置成小于主转子2的螺紋齿顶圆直径的0.31倍。然而，为了确保从转子3的抵抗性和易于通过辊轧成型加工来形成从转子3，优选将从转子3的螺紋齿根圆设置成更大.更具体而言，根据该实施方式，从转子3的螺紋齿根圆直径被确定为等于或大于主转子2的螺故齿顶圆直径的长度的1/3倍。根据距离a、主转子2的螺紋齿顶圆半径b和从转子3的螺紋齿顶圆半径c，将这样的条件表示如下a-b^b/3。换言之，将通过公式"b^0.75a"获得的值定为从转子3的螺紋齿根圆直径被确定为等于或大于主转子2的螺紋齿顶圆直径的长度的1/3倍的条件。在图3中，线(2)表示公式"b-0.75a"，即从转子3的螺紋齿根圆直径为主转子2的螺紋齿顶圆直径的1/3倍长的条件。
当值b和c相对小于距离a的值时满足上述条件。然而，在b和c的总值(b+c)接近距离a的值的条件下，壳体1的主容置孔11和各从容置孔12之间的连接部处形成的转角边缘(锐边)的夹角(下文将该角度称为"交叉转角角度，，)变得更窄，从而壳体l可能难以加工。
参照具有边a、 b和c的三角形，形成在壳体1上的交叉转角角度为正对该三角形的边a的角的补角。根据余弦定理，将用于确保壳体l的交叉转角角度等于或大于30度的必要条件和充分条件表示如下
进一步地，将确保槽深"b+c-a"等于或大于从转子3的螺紋齿顶圆直径c的长度的0.1倍的条件表示为"b+c-a^0.1c"，即"b+0.9c&"。此中，当将(a， b, c)的值的相同组合代入各公式^-b2+一+,3'bG"和"b+0.9c-a"时，实际上从这两个公式获得大致相同的值。
具体而言，在图3中，线(3)表示壳体1的交叉转角角度为30度
ii的条件，即公式"a^b、一+^T;3'bc)"所表示的条件。进一步地，线(4)表
示槽深"b+c-a，，为从转子3的螺紋齿顶圆半径c的0.1倍长的条件，即等
式"b+0.9c-a"所表示的条件。参照图3,线(3)和(4)所表示的值大
致相同。图3所示的线(5)表示公式"b+c二a"。
参照图3，在线(l)、 (2)和(5)所包围的区域满足条件"3一+b^a2，，和条件"b-0.75a"。进一步地，在线(1)、 (2)和(3)所包围的区域满足条件"3c2+b^a2，，、条件"b一.75a，，和条件"b+0.9c^a"。再进一步地，如图3明显地示出，满足上述两个或三个条件的(a， b， c)的值的组合满足公式"c〈a/2，，所表示的条件。
作为满足上述三个条件的(a， b, c)的值的这种组合的示例，将12、 8、 5分别应用为(a, b， c)的值。通过釆用这种值"(a, b， c)=(12， 8, 5)"，主转子2和从转子3的各槽深(b+c-a)为从转子3的螺紋齿顶圆半径c的0.2倍，而从转子3的螺紋齿根圆直径为主转子2的螺紋齿顶圆直径的0.5倍。此类转子2、 3的齿侧面25、 34通过辊轧成型工艺来形成，然后通过无心磨削加工来磨削各转子2、 3的螺紋的螺紋顶面以便将螺紋齿顶圆半径确定为预定值。因此，此类转子2、 3比较容易生产。
根据上述实施方式，由于满足条件"3一+b2 ￡ a2，，，所以从转子3的齿侧面34上不形成根切。进一步地，由于满足条件"bS0.75a"，所以从转子3的螺紋齿根圆直径被确定为等于或大于主转子2的螺紋齿顶圆直径的长度的l/3倍。相应地，获得从转子3大体上符合要求的抵抗性。进一步地，结合上述条件，从转子3通过辊轧成型加工来形成。再进一步地，提高了从转子3的加工精度并减少了从转子3的加工时间。
进一步地，由于满足条件"b+0.9c^a"，所以交叉转角角度被设置成等于或大于30度。因此，壳体l易于制造。
尽管未具体描述除转子(螺杆)的螺紋以外的元件，但是这里公开的实施方式可应用于包括三个螺杆的公知螺杆泵
权利要求
1.一种螺杆泵，包括壳体(1)，其包括主容置孔(11)和平行于所述主容置孔(11)延伸并与所述主容置孔(11)连通的多个从容置孔(12)；主转子(2)，其包括螺旋形齿部(21)和沿所述螺旋形齿部(21)形成的螺旋形槽部(22)，所述主转子(2)适于容置在所述主容置孔(11)中以便以可旋转方式由所述主容置孔(11)支撑；多个从转子(3)，每个所述从转子(3)都包括螺旋形齿部(31)和沿所述螺旋形齿部(31)形成的螺旋形槽部(32)，所述多个从转子(3)适于分别容置在所述多个从容置孔(12)中以便以可旋转方式由所述从容置孔(12)支撑，所述多个从转子(3)适于接合所述主转子(2)并适于在所述主转子(2)的旋转作用的驱动下而旋转；其中，所述主转子(2)的齿侧面(25)的沿垂直于所述主转子(2)的轴线方向的方向截取的横截面形状是沿所述从转子(3)的边缘所行过的长短辐圆外旋轮线形成的，而不包括根切形状，并且，各个所述从转子(3)的齿侧面(34)的沿垂直于所述从转子(3)的轴线方向的方向截取的横截面形状是沿所述主转子(2)的边缘所行过的长短辐圆外旋轮线形成的，而不包括根切形状。
2. 如权利要求l所述的螺杆泵，其中各个所述从转子(3)的螺紋齿根圆直径形成为等于或大于所述主 转子(2)的螺紋齿顶圆直径的长度的1/3倍。
3. 如权利要求1所述的螺杆泵，其中所述主容置孔(11)和各个所述从容置孔(12)之间的连接部处形 成的转角边缘的夹角确定为等于或大于30度。
4. 如权利要求l所述的螺杆泵，其中成立以下公式 3e2+b、a2;以及b《0.753，其中a表示所述主容置孔(11 )的中心轴线和各个所述从容置孔(12 ) 的中心轴线之间的距离，b表示所述主转子(2)的螺紋齿顶圆半径，以及 c表示所述从转子(3)的螺紋齿顶圆半径。
5. 如权利要求4所述的螺杆泵，其中进一步成立以下公式 b+0.9c 2 3。
6. 如权利要求l-5中任一项所述的螺杆泵，其中所述主转子(2 )和各个所述从转子(3 )通过辊轧成型加工来形成。
全文摘要
一种螺杆泵，包括壳体(1)，其包括主容置孔(11)和多个从容置孔(12)；主转子(2)，其适于可旋转地容置在主容置孔(11)中；以及多个从转子(3)，其适于可旋转地分别容置在从容置孔(12)中。各从转子(3)适于接合主转子(2)。主转子(2)的齿侧面(25)沿垂直于主转子(2)的轴线方向的方向截取的横截面形状是沿从转子(3)的边缘所行过的长短辐圆外旋轮线形成的，而不包括根切形状。进一步地，各从转子(3)的齿侧面(34)沿垂直于从转子(3)的轴线方向的方向截取的横截面形状是沿主转子(2)的边缘所行过的长短辐圆外旋轮线形成的，而不包括根切形状。
文档编号F04C2/16GK101634297SQ20091015148
公开日2010年1月27日 申请日期2009年7月23日 优先权日2008年7月25日
发明者桥田浩一 申请人:株式会社爱德克斯