一种等螺距变齿宽的螺杆转子的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及干式双螺杆真空栗，特别涉及适用于干式双螺杆真空栗的一种等螺距 变齿宽的螺杆转子。
【背景技术】
[0002] 干式双螺杆真空栗是一种容积式真空栗，是通过2个能够实现啮合的螺杆转子的 同步异向双回转运动，在2个螺杆转子和栗体内腔之间形成多个周期性变化的工作腔容积， 实现气体的吸入、增压和排出，在栗的进口处形成真空;工作腔是通过2个相互啮合的螺杆 转子和栗体内腔之间形成的，各个工作腔之间的密封是通过2个螺杆转子之间的啮合实现 的，因此螺杆转子是最为关键的零部件，螺杆转子的密封性能、效率、面积利用系数，直接影 响双螺杆真空栗的外形尺寸、抽速和极限真空度。
[0003]螺杆转子是由螺杆转子的轴向截面型线沿圆柱螺旋线作轴向螺旋展开生成的;常 用的螺杆转子是等螺距等齿宽的螺杆转子，其特点是从螺杆转子的低压端面到高压端面， 螺杆转子的螺距是不变的，螺杆转子的齿宽，包括齿顶面宽度和齿底面宽度也是不变的；由 等螺距等齿宽的螺杆转子所形成的工作腔容积是不变的，内容积比等于1，即高压工作腔容 积等于低压工作腔容积;螺杆转子的齿宽大小影响高、低压工作腔内的气体通过齿顶面和 齿底面的泄漏，同时影响螺杆转子的强度、刚度和轴向尺寸。
[0004] 在螺杆转子所形成的工作腔中，由于在低压端面I-I处的工作腔内气体压力较低， 而高压端面VI-VI处的工作腔内气体压力较高;根据这一特点，优化的螺杆转子所形成的工 作腔容积、和齿宽的变化规律应该是:高压工作腔容积较小，低压工作腔容积较大;高压工 作腔处的螺杆齿宽较大，低压工作腔处的螺杆齿宽较小。
【发明内容】
[0005] 本发明提出了一种等螺距变齿宽的螺杆转子，从螺杆转子的低压端面I-I到高压 端面VI-VI，螺杆转子的螺距(？1、？ 2、？3、？4)保持不变，而螺杆转子的齿宽，包括齿顶面宽度 (MhM^M3)和齿根面宽度(NhN^N 3)却逐渐增大；由此螺杆转子所形成的工作腔，其高压工 作腔容积较小，而低压工作腔容积较大，在高压工作腔处螺杆转子的齿宽较大，在低压工作 腔处螺杆转子的齿宽较小。
[0006] 本发明提出了一种双螺杆真空栗，其特征是:使用本发明所提出的等螺距变齿宽 的螺杆转子。
[0007] 本发明提出了一种双螺杆压缩机，其特征是:使用本发明所提出的等螺距变齿宽 的螺杆转子。
[0008] 本发明提出了一种双螺杆膨胀机，其特征是:使用本发明所提出的等螺距变齿宽 的螺杆转子。
[0009] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0010] 确定螺杆转子在不同轴向位置处的轴向截面型线，即确定轴向截面型线的曲线 簇;螺杆转子的轴向截面型线是指用一个与螺杆转子轴线相垂直的平面，在不同的轴向位 置处去截螺杆转子，所截得的轮廓曲线。
[0011] 本发明所提出的等螺距变齿宽的螺杆转子，在不同轴向位置处，螺杆转子的轴向 截面型线都不相同，但其组成曲线的类型相同；在任一轴向位置处，螺杆转子的轴向截面型 线都包括5段曲线和2个点，依次为：圆渐开线AB、点B、齿顶圆弧BC、点C、摆线CD、齿根圆弧 DE、摆线EA，其中齿根圆弧DE、圆渐开线AB都与摆线EA光滑连接，且齿顶圆弧BC的中心角Z BOC和齿根圆弧DE的中心角ZDOE相等，即为中心角Θ;在不同的轴向位置处，螺杆转子的轴 向截面型线都不相同，随所在轴向位置的不同而变化，从螺杆转子的低压端面I-I到高压端 面VI-VI，螺杆转子的轴向截面型线随轴向位置的变化规律是：圆渐开线AB的基圆半径R b逐 渐增大，圆渐开线AB的发生角α逐渐减小，齿顶圆弧BC和齿根圆弧DE的中心角Θ逐渐增大。
[0012] 双螺杆真空栗包括相互啮合的两个螺杆转子，即左旋螺杆转子(301)和右旋螺杆 转子(302);左旋、右旋的规定是：左旋是旋向符合左手法则，左手大拇指的指示方向为从螺 杆转子的低压端面I-I到高压端面VI-VI，即圆柱螺旋线的轴向移动方向，其余四指的方向 是圆柱螺旋线的转动方向；右旋是旋向符合右手法则，右手大拇指的指示方向为从螺杆转 子的低压端面I-I到高压端面VI-VI，即圆柱螺旋线的轴向移动方向，其余四指的方向是圆 柱螺旋线的转动方向。
[0013] 相互啮合的2个螺杆转子:左旋螺杆转子(301)和右旋螺杆转子(302)，都包括5个 齿面、和2条圆柱螺旋线，右旋螺杆转子（302)的组成齿面和圆柱螺旋线依次为:摆线齿面 (1)、斜齿面(2)、圆柱螺旋线(3)、齿顶面(4)、圆柱螺旋线(5)、凹齿面(6)、齿根面(7)，且斜 齿面(2)、齿根面(7)都与摆线齿面（1)光滑连接;左旋螺杆转子(301)的组成齿面和圆柱螺 旋线依次为:摆线齿面（1?、斜齿面(2')、圆柱螺旋线(3〇、齿顶面(4〇、圆柱螺旋线（5〇、 凹齿面(6')、齿根面(7')，且斜齿面(2')、齿根面(7')都与摆线齿面（I')光滑连接;在同步 异向双回转运动的工作过程中，右旋螺杆转子(302)的摆线齿面（1)、斜齿面(2)、圆柱螺旋 线(3)、齿顶面(4)、圆柱螺旋线(5)、凹齿面(6)、齿根面(7)，分别与左旋螺杆转子(301)的圆 柱螺旋线(30、斜齿面(2')、摆线齿面（I')、齿根面(7')、凹齿面(6')、圆柱螺旋线(5')、齿 顶面(4')能够实现正确的啮合;在任一轴向位置处，左旋螺杆转子(301)和右旋螺杆转子 (302)的轴向截面型线相同，且左旋螺杆转子(301)的轴向截面型线（201)中的圆渐开线AB、 点B、齿顶圆弧BC、点C、摆线CD、齿根圆弧DE和摆线EA，分别与右旋螺杆转子(302)的轴向截 面型线（202)中的圆渐开线ba、摆线ae、齿根圆弧ed、摆线dc、点c、齿顶圆弧cb、点b能够实现 正确的啮合。
[0014] 左旋螺杆转子(301)是由一系列螺杆转子的轴向截面型线（201)沿左旋等螺距圆 柱螺旋线作螺旋展开而生成；右旋螺杆转子（302)是由一系列螺杆转子的轴向截面型线 (202)沿右旋等螺距圆柱螺旋线作螺旋展开而生成；左旋等螺距圆柱螺旋线与右旋等螺距 圆柱螺旋线的旋向不同；
[0015]左旋等螺距圆柱螺旋线的方程为：
[0017]右旋等螺距圆柱螺旋线的方程为：
[0019] 式中：τ为螺旋展开角，rad;R为螺旋线基圆半径，mm;n为螺旋圈数，n22;P为螺杆 转子的螺距，mm 〇
[0020] 在任一轴向位置处，螺杆转子的轴向截面型线都包括5段曲线：圆渐开线AB、齿顶 圆弧BC、摆线CD、齿根圆弧DE、摆线EA;在不同的轴向位置，即对应不同的螺旋展开角τ，各曲 线的曲线簇方程如下：
[0021] ①圆渐开线AB的曲线簇方程为：
[0023]式中：t为角度参数，rad;Rb(T)为不同轴向位置处圆渐开线AB的基圆半径;α(τ)为 不同轴向位置处圆渐开线AB的发生角;Rb(T)和α(τ)由如下公式确定：
[0026]式中：k为系数;Rbs、Rbe分别为低压端面I-I和高压端面VI-VI的螺杆转子的轴向截 面型线中的圆渐开线AB的基圆半径，mm;
[0027]②齿顶圆弧BC的曲线簇方程为：
[0029] 式中：Ri为齿顶圆弧半径，mm;
[0030] ③摆线⑶的曲线簇方程为：
[0032] 式中：R2为节圆半径，mm;
[0033]④齿根圆弧DE的曲线簇方程为：
[0035] 式中：R3为齿根圆弧半径，mm;
[0036] ⑤摆线EA的曲线簇方程为：
[0038] 式中：θ(τ)为不同轴向位置处齿顶圆弧BC和齿根圆弧DE的中心角，由如下公式确 定：
[0040] 本发明的有益效果为：
[0041] 所提出的一种等螺距变齿宽的螺杆转子，从螺杆转子的低压端面I-I到高压端面 VI-VI，螺杆转子的螺距(？1、？2、？3、？4)保持不变，而螺杆转子的齿宽，包括齿顶面宽度(1 1、 Μ2、Μ3)和齿根面宽度(NhN^N3)却逐渐增大;螺杆转子的低压端面I-I可作为双螺杆真空栗 的吸气端，高压端面VI-VI可作为双螺杆真空栗的排气端；由此增加了吸气容积、减小了排 气容积、增加了内容积比，实现了工作腔容积从吸气端到排气端的变化规律与工作腔内气 体增压过程的变化规律相一致，即吸气腔容积大，排气腔容积小；同时在排气端螺杆齿宽较 大，在吸气端螺杆齿宽较小，减小了各工作腔之间通过齿顶面的气体泄漏，实现了螺杆转子 的齿宽从吸气端到排气端的变化规律与工作腔内气体压力的变化规律相一致;因此该螺杆 转子具有结构紧凑、强度高、刚度高、密封性能好的优点，提高了双螺杆真空栗的极限真空 度和抽速。
[0042]与现有的等螺距等齿宽的螺杆转子相比，所提出的一种等螺距变齿宽的螺杆转子 具有如下优点:①能够形成较大的低压工作腔容积、较小的高压工作腔容积，因此具有较大 的内容比，有利于提高真空栗的极限真空度和抽速;②在压力较高的工作腔处，螺杆转子的 齿宽较大，具有更强的级间泄漏阻挡能力，能够使减小气体在各个工作腔之间的泄漏;③强 度高、刚度高。
【附图说明】
[0043]图1为等螺距变齿宽螺杆转子的轴向截面型线图。
[0044]图2为相互啮合的2个螺杆转子轴向截面型线之间的啮合图。
[0045]图3为等螺距变齿宽的螺杆转子图。
[0046]图4为2个等螺距变齿宽的螺杆转子的啮合图。
[0047]图中：Ri-齿顶圆半径；R2-节圆半径；R3-齿根圆半径；Rb-圆渐开线的基圆半 径;α-圆渐开线的发生角；Θ-齿顶圆弧BC和齿根圆弧DE的中心角；201、202-螺杆转子轴 向截面型线;301-左旋螺杆转子;302-右旋螺杆转子；1、1'一摆线齿面;2、2'-斜齿面;3、 3'、5、5' -圆柱螺旋线;4、4'