一种无困液现象的凸轮泵的制作方法

本发明涉及凸轮泵，特别涉及一种无困液现象的凸轮泵。

背景技术：

凸轮泵是一种回转容积式泵，通过两个能够相互啮合或部分啮合转子的同步异向双回转运动，实现液体的吸入、增压和排出；由于凸轮泵运输的介质为液体，因此在工作过程中不允许出现困液现象；凸轮泵转子的轮廓型线对凸轮泵的密封性能、效率和容积利用率影响很大，因此对其轮廓型线的合理设计是非常重要的。

常用的凸轮泵转子的轮廓型线为圆弧和摆线的组合的轮廓型线；但是这种组合的轮廓型线会导致液体在增压输送过程中，存在封闭工作腔容积的逐渐减小的过程，因液体不可压缩而产生压力骤增，即困液现象；同时，这种转子的面积利用率不高，并且存在尖点与不光滑点，在这些点处易产生应力集中、变形和磨损的问题，这些问题都会影响凸轮泵的运行效率。专利号为us6146121的美国专利，采用弯曲的轮廓型线代替了摆线，但是这种型线会使两个转子在运动过程中造成介质的大量回流，从而导致凸轮泵工作效率的大幅降低。

技术实现要素：

为了解决现有的凸轮泵转子存在困液现象及其轮廓型线存在尖点的问题，本发明提出了一种无困液现象的凸轮泵，其转子轮廓型线由4段圆弧和2段摆线的等距曲线组成；根据凸轮泵转子在工作过程中的同步异向双回转运动规律，先按照转子完全啮合的情况，确定出圆弧和摆线的等距曲线的位置，由于凸轮泵在工作过程中是不允许出现封闭工作腔容积的减小过程，因此再根据转速、运输介质的粘度和特性的因素将圆弧和摆线的等距曲线逆时针旋转一个合理的角度，避免了液体在增压输送过程中存在的困液现象，得到了一种无困液现象的凸轮泵。同时也解决了现有凸轮泵转子存在尖点所造成的应力集中和受冲刷易变形的问题；对于丰富凸轮泵转子的轮廓型线和促进凸轮泵的发展具有重要的意义。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种无困液现象的凸轮泵，包括左凸轮泵转子(1)和右凸轮泵转子(2)；左凸轮泵转子(1)的轮廓型线不存在不光滑连接点；左凸轮泵转子(1)的轮廓型线由6段首尾光滑连接的曲线组成，依次为：齿顶圆弧ab、第一圆弧bc、第一摆线的等距曲线cd、齿根圆弧de、第二摆线的等距曲线ef、第二圆弧fa；左凸轮泵转子(1)的轮廓型线与右凸轮泵转子(2)的轮廓型线完全相同；左凸轮泵转子(1)与右凸轮泵转子(2)在同步齿轮的带动下，同时作同步异向双回转运动，左凸轮泵转子(1)的轮廓型线中的齿顶圆弧ab、齿根圆弧de分别与右凸轮泵转子(2)的轮廓型线中的齿根圆弧de、齿顶圆弧ab实现正确的啮合；左凸轮泵转子(1)的轮廓型线中的第一圆弧bc、第一摆线的等距曲线cd、第二摆线的等距曲线ef、第二圆弧fa与右凸轮泵转子(1)的轮廓型线中第一摆线的等距曲线cd、第一圆弧bc、第二圆弧fa、第二摆线的等距曲线ef不构成啮合关系；在排液后，左凸轮泵转子(1)轮廓型线中的第一摆线的等距曲线cd、齿根圆弧de与右凸轮泵转子(2)轮廓型线中的齿顶圆弧ab、第一圆弧bc形成一个存在间隙的工作腔，左凸轮泵转子(1)轮廓型线中的第一摆线的等距曲线cd与右凸轮泵转子(2)轮廓型线中的第一圆弧bc形成一个间隙δ，随着两转子继续作同步异向双回转运动，该工作腔逐渐减小，间隙δ随着工作腔的减小而逐渐减小。

所述的一种无困液现象的凸轮泵，左凸轮泵转子(1)轮廓型线的设计方法为：

①确定齿顶圆弧ab，其方程为：

②确定第一圆弧bc，其方程为：

式中：

(x0,y0)为下面两条曲线的交点：

x²+y²＝(r1-r1)²

其中：

③确定第一摆线的等距曲线cd，其方程为：

其中：

④确定齿根圆弧de，其方程为：

⑤确定第二摆线的等距曲线ef，其方程为：

⑥确定第二圆弧fa，其方程为：

以上：t—角度参数，rad；r1—齿顶圆半径，mm；r2—节圆半径，mm；r3—齿根圆半径，mm；r1—第一圆弧、第二圆弧半径，mm；α—旋转角度，rad；β—根据转速、运输介质的粘度和运输颗粒的大小所要调整的角度，rad。

所述的一种无困液现象的凸轮泵，包括两个轮廓型线相同的双叶凸轮泵转子，双叶凸轮泵转子的轮廓型线关于x轴和y轴都对称；双叶凸轮泵转子的轮廓型线的设计方法是：将左凸轮泵转子(1)的轮廓型线中位于y轴右侧的所有曲线逆时针旋转只保留第一象限的所有曲线，得到双叶凸轮泵转子的1/4段轮廓型线，根据其对称性，得到完整的双叶凸轮泵转子的轮廓型线。

所提出的一种无困液现象的凸轮泵具以下优点：

①在液体的增压输送过程中，不存在逐渐减小的封闭工作腔容积，不会出现困液现象。

②增加了转子的面积利用率，进而提高了凸轮泵的运行效率。

③各曲线之间全部光滑连接，提高了自身的强度和寿命，使其能适用于更高转速的工况。

附图说明

图1是现有的存在困液现象的两个凸轮泵转子的啮合图。

图2是所提出的凸轮泵的左凸轮泵转子(1)图。

图3是所提出的无困液现象的凸轮泵的两个凸轮泵转子的啮合图。

图4是所提出的凸轮泵转子在不同角度下的啮合图。

图5是所提出的一种无困液现象的双叶凸轮泵转子图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，为现有的左凸轮泵转子和右凸轮泵转子之间的啮合图，左凸轮泵转子的轮廓型线由4段曲线组成，依次为：齿顶圆弧ab、摆线bc、齿根圆弧cd和摆线da，齿顶圆弧ab与摆线bc的连接点b以及齿顶圆弧ab与摆线da的连接点a为尖点，左凸轮泵转子与右凸轮泵转子完全相同。

如图1所示，由于2个转子存在摆线与尖点的啮合，左凸轮泵转子的轮廓型线中的摆线bc、齿根圆弧cd与右凸轮泵转子的轮廓型线中的齿顶圆弧ab形成一个容积不断减小的封闭工作腔，即产生了困液现象。

如图2所示，为所提出的一种无困液现象的凸轮泵图，左凸轮泵转子(1)的轮廓型线由6段首尾光滑连接的曲线组成，依次为：齿顶圆弧ab、第一圆弧bc、第一摆线的等距曲线cd、齿根圆弧de、第二摆线的等距曲线ef、第二圆弧fa。

如图2所示，为所提出的一种无困液现象的凸轮泵图，左凸轮泵转子(1)曲线的方程如下：

①齿顶圆弧ab的方程为：

②第一圆弧bc的方程为：

式中：

(x0,y0)为下面两条曲线的交点：

x²+y²＝(r1-r1)²

其中：

③第一摆线的等距曲线cd的方程为：

其中：

④齿根圆弧de的方程为：

⑤第二摆线的等距曲线ef的方程为：

⑥第二圆弧fa的方程为：

以上：t—角度参数，rad；r1—齿顶圆半径，mm；r2—节圆半径，mm；r3—齿根圆半径，mm；r1—第一圆弧、第二圆弧半径，mm；α—旋转角度，rad；β—根据转速、运输介质的粘度和运输颗粒的大小所要调整的角度，rad。

如图3所示，为左凸轮泵转子(1)和右凸轮泵转子(2)之间的啮合图，左凸轮泵转子(1)与右凸轮泵转子(2)完全相同，左凸轮泵转子(1)与右凸轮泵转子(2)在同步异向双回转运动过程中能够实现正确啮合，左凸轮泵转子(1)中的齿顶圆弧ab、齿根圆弧de分别与右凸轮泵转子(2)中的齿根圆弧de、齿顶圆弧ab实现正确的啮合，其它的轮廓型线不参与啮合；所提出的2个凸轮泵转子不会形成容积逐渐减小的封闭工作腔，即不会产生困液现象，而是由左凸轮泵转子(1)的轮廓型线中的第一摆线的等距曲线cd、齿根圆弧de与右凸轮泵转子(2)的轮廓型线中的齿顶圆弧ab、第一圆弧bc形成一个容积不断减小的不封闭工作腔。

如图4所示，为所提出的2个凸轮泵转子在不同角度的啮合图，(a)～(l)图中各相邻图所对应的主轴转角相错10°；即(a)图到(b)图左凸轮泵转子(1)顺时针旋转10°，右凸轮泵转子(2)逆时针旋转10°；(b)图到(c)图左凸轮泵转子(1)顺时针旋转10°，右凸轮泵转子(2)逆时针旋转10°；以此类推；左凸轮泵转子(1)中的齿顶圆弧ab、齿根圆弧de分别与右凸轮泵转子(2)中的齿根圆弧de、齿顶圆弧ab相互啮合，其他的轮廓型线不参与啮合。

如图5所示，为所提出的一种无困液现象的双叶凸轮泵转子，左凸轮泵转子与右凸轮泵转子完全相同，左凸轮泵转子的轮廓型线的1/4由4段首尾光滑连接的曲线组成，依次为：齿顶圆弧ab、圆弧bc、摆线的等距曲线cd、齿根圆弧de；根据左凸轮泵转子的轮廓型线关于x轴、y轴对称的性质，得到整个左凸轮泵转子的轮廓型线。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。