一种三段式螺杆转子及其双螺杆真空泵的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种三段式螺杆转子及其双螺杆真空泵，属于干式双螺杆真空泵领域；包括吸气段、压缩段和排气段，其截面型线随螺旋展开角连续变化；吸气段和排气段都为等螺距且等截面型线，吸气段的螺距大于排气段的螺距，但吸气段的齿顶面宽度小于排气段的齿顶面宽度；吸气段和排气段之间采用压缩段进行过渡，压缩段为变螺距且变截面型线；吸气段与压缩段之间、压缩段与排气段之间的齿面和螺旋线光滑过渡；该螺杆转子能够在较短的轴向尺寸内形成较大的吸气容积和较小的排气容积，提高了螺杆转子的内容积比和密封性能；因此具有内容积比大、密封性好、结构紧凑、轴向尺寸短和加工难度低的优点，提高了双螺杆真空泵的极限真空度和抽速。
【专利说明】
一种三段式螺杆转子及其双螺杆真空泵
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三段式 螺杆转子及其双螺杆真空栗。
【背景技术】
[0002] 干式双螺杆真空栗是一种容积式真空栗，具有气量大、结构紧凑、可靠性高、寿命 长、动平衡性好的优点，广泛应用于化工、制药、半导体和食品行业;螺杆转子是干式双螺杆 真空栗的核心零部件，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 抽速和极限真空度。
[0003] 专利US6702558、专利CN104373347和专利CN102937094公开的多段式螺杆转子，其 吸气段的螺距大、排气段的螺距小，可以提高螺杆转子的内容积比；上述专利所提出的螺杆 转子都是由一个截面线型沿轴向作螺旋展开生成，即等截面型线的螺杆转子，螺杆转子的 吸气段的齿顶面宽度过大，导致截面型线的面积利用率低;在螺杆转子的排气段，气体的级 间泄漏返流量大，但是排气段的齿顶面宽度过小，阻挡级间泄漏返流的能力弱，与工作过程 需求相矛盾;因此，降低了双螺杆真空栗的极限真空度和抽速。
【发明内容】
[0004] 针对以上不足，本发明提出一种三段式螺杆转子及其双螺杆真空栗。
[0005] 本发明通过减小螺杆转子的齿顶圆弧半径和螺距的方式，可以进一步提高螺杆转 子的内容积比；为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0006] 一种三段式螺杆转子，包括:吸气段、压缩段和排气段;其中，吸气段为等螺距且等 截面型线，其截面型线为吸气段的截面型线a;排气段为等螺距且等截面型线，其截面型线 为排气段的截面型线b，吸气段的螺距P a大于排气段的螺距Pb，吸气段的截面型线a中的圆渐 开线AB的基圆半径Rbd、于排气段的截面型线b中的圆渐开线AB的基圆半径R bb，吸气段的齿 顶面宽度仏和排气段的齿顶面宽度M3都保持不变，且MKM3;吸气段和排气段之间采用压缩 段进行过渡，压缩段为变螺距且变截面型线，压缩段的齿顶面宽度此由仏逐渐过渡至M 3;吸 气段和压缩段之间、压缩段和排气段之间的齿面和螺旋线能实现光滑过渡;截面型线随螺 旋展开角τ由0至％连续变化。
[0007] 主螺杆转子I和从螺杆转子Π 都是一种三段式螺杆转子，主螺杆转子I和从螺杆转 子Π 的螺旋展开方向相反;在工作中，主螺杆转子I与从螺杆转子Π 能够实现正确啮合。
[0008] -种三段式螺杆转子，其吸气段、压缩段和排气段的螺距和轴向距离满足如下公 式：
[0009] 吸气段为等螺距，其螺距朽（1)=?3，吸气段的轴向距离出(1)的变化规律为：
[0010]
[0011]其中，τ为螺旋展开角，rad;对于整个螺杆转子，其螺旋展开角τ的取值范围为〇< τ 彡τ。; Pa为初始螺距，mm;
[0012] 压缩段为变螺距，其螺距P2 (τ)的变化规律为：
[0013]
一 \ "a J "
[0014] 其中，Pb为终止螺距，mm，且Pa>Pb;压缩段的轴向距离Η 2(τ)的变化规律为：
[0015] 卜>"
-
[0016]排气段为等螺距，其螺距P3(T)=Pb，排气段的轴向距离Η 3(τ)的变化规律为：
[0017]
[0018]吸气段的轴向距离ΗΚτ)与压缩段的轴向距离Η2(τ)在螺旋展开角1 = ^时光滑连 接，压缩段的轴向距离Η2(τ)与排气段的轴向距离Η3(τ)在螺旋展开角T = Tb时光滑连接;吸 气段的螺距ΡΚτ)与压缩段的螺距?2(1)在螺旋展开角T = ia时光滑连接，压缩段的螺距P2 (τ)与排气段的螺距Ρ3(τ)在螺旋展开角T = Tb时光滑连接。
[0019] 一种三段式螺杆转子，其截面型线随螺旋展开角τ由0至τ。连续变化，其中的任意 截面型线都由5段曲线和2个点连接组成，依次为：圆渐开线ΑΒ、齿背点Β、齿顶圆弧BC、齿尖 点C、第一摆线CD、齿根圆弧DE、第二摆线ΕΑ;齿顶圆弧BC的半径Ri、节圆半径R 2和齿根圆弧DE 的半径R3不随螺旋展开角τ改变而改变，且满足心+1?3 = 21?2,截面型线中圆渐开线AB的基圆 半径Rb随螺旋展开角τ的变化规律为Rb(T)，公式如下：
[0020]
[0021] -种双螺杆真空栗，使用本发明所提出的一种三段式螺杆转子。
[0022]本发明的有益效果为：
[0023]所提出的一种三段式螺杆转子，吸气段和排气段都为等螺距且等截面型线，吸气 段的截面型线a中的圆渐开线AB的基圆半径Rbd、于排气段的截面型线b中的圆渐开线AB的 基圆半径Rbb，以增大吸气容积、减小排气容积;吸气段和排气段之间采用压缩段进行过渡， 压缩段为变螺距且变截面型线，可以进一步提高螺杆转子的内容积比；具有如下优点：
[0024] ①能够形成较大的吸气容积，在相同的结构参数下具有更大的抽速；
[0025] ②吸气容积更大、排气容积更小，具有更大的内容积比；
[0026] ③排气段的齿顶面宽度较大，具有更好的密封性能，而且能够提高螺杆转子的强 度和刚度；
[0027] ④该螺杆转子轴向尺寸短，结构紧凑；
[0028]⑤吸气段和排气段都为等螺距且等截面型线，降低了螺杆转子的加工难度。
【附图说明】
[0029] 图1为三段式螺杆转子的截面型线和轴向距离图。
[0030] 图2为三段式螺杆转子的轴向距离Η(τ)和螺距ρ(τ)的变化规律图。
[0031]图3为三段式螺杆转子的截面型线图。
[0032]图4为三段式螺杆转子的截面型线随螺旋展开角τ的变化图。
[0033]图5为主螺杆转子I图。
[0034]图6为从螺杆转子Π 图。
[0035] 图7为主螺杆转子I和从螺杆转子Π 的啮合图。
[0036] 图中：一螺杆转子的吸气段、压缩段、排气段;T、ia、Tb、T。一螺旋展开角;Η (τ) 一螺杆转子的轴向距离;山（1)、出（1)、!13(1)-吸气段、压缩段、排气段的轴向距离 (τ)、Ρ 2(τ)、Ρ3(τ)-吸气段、压缩段、排气段的螺距;Pa-初始螺距;P b-终止螺距;a-吸气 段的截面型线;b-排气段的截面型线;心一齿顶圆弧BC的半径;R2-节圆半径;R 3-齿根圆 弧DE的半径;Rb-圆渐开线AB的基圆半径;Rba、R bb-吸气段的截面型线a、排气段的截面型线 b中的圆渐开线AB的基圆半径;Rb。、Rbd、Rbe-不同螺旋展开角τ对应的截面型线中的圆渐开 线ΑΒ的基圆半径；I一主螺杆转子;Ln、L 12、L13-主螺杆转子I的吸气段、压缩段、排气段； Π-从螺杆转子;L21、L22、L23-从螺杆转子Π 的吸气段、压缩段、排气段；1-主斜齿面;2- 主齿背螺旋线；3-主齿顶面;4 一主齿尖螺旋线；5-主凹齿面;6-主齿根面;7-主摆线齿 面；]/ 一从斜齿面;2' -从齿背螺旋线;3'-从齿顶面;4' 一从齿尖螺旋线;5'-从凹齿面； 6'-从齿根面;7'-从摆线齿面;-吸气段、压缩段、排气段的齿顶面宽度。
【具体实施方式】
[0037] 下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
[0038]如图1所示，为三段式螺杆转子的截面型线和轴向距离图，三段式螺杆转子由吸气 段1^、压缩段L4P排气段L3组成，吸气段1^、压缩段L4P排气段L3的螺旋展开角τ的范围分别 为0< τ < Ta、τ < ^和^< τ。;吸气段LdP排气段L3为等螺距，吸气段LdP排气段L3之 间采用压缩段Udi行过渡，压缩段1^2为变螺距;螺杆转子的轴向距离Η(τ)和螺距Ρ(τ)的公式 如下：
[0039]
[0040] 其中，τ为螺旋展开角，rad;对于整个螺杆转子，其螺旋展开角τ的取值范围为〇< τ ;轴向距离Η( τ)和螺距Ρ( τ)满足如下公式：
[0041] u t
[0042] 轴向距离Η(τ)和螺距Ρ(τ)在T = ia时和T = Tb时光滑连接，需要满足的条件如下：
[0043]
[0044]如图2所示，为三段式螺杆转子的轴向距离Η(τ)和螺距Ρ(τ)的变化规律图，图（a) 为轴向距离Η(τ)与螺旋展开角τ的关系图，图（b)为螺距Ρ(τ)与螺旋展开角τ的关系图;三段 式螺杆转子的吸气段1^为等螺距，其螺距?1(1)=?3，吸气段的轴向距离m(T)的变化规律如 下：
[0045]
[0046] 其中，Pa为初始螺距，mm;压缩段1^为变螺距，其螺距内(1)的变化规律如下：
[0047]
[0048]其中，Pb为终止螺距，mm;压缩段的轴向距离Η2(τ)的变化规律如下：
[0049]
[0050]排气段L3为等螺距，其螺距Ρ3⑴=Pb，Pa>P b，排气段的轴向距离Η3⑴的变化规律 如下：
[0051]
[0052]如图2(a)所示，吸气段的轴向距离ΗΚτ)与压缩段的轴向距离Η2(τ)在螺旋展开角τ 时光滑连接，压缩段的轴向距离Η2(τ)与排气段的轴向距离Η3(τ)在螺旋展开角1 = ^时 光滑连接;如图2(b)所示，吸气段的螺距?:^)与压缩段的螺距内（1)在螺旋展开角1 = ^时 光滑连接，压缩段的螺距Ρ2(τ)与排气段的螺距Ρ3(τ)在螺旋展开角T = 时光滑连接。
[0053]如图3所示，为三段式螺杆转子的截面型线图；三段式螺杆转子的截面型线随螺旋 展开角τ由0至h连续变化，任意螺旋展开角τ对应的截面型线都由5段曲线和2个点连接组 成，依次为：圆渐开线ΑΒ、齿背点Β、齿顶圆弧BC、齿尖点C、第一摆线CD、齿根圆弧DE、第二摆 线ΕΑ〇
[0054] 如图1所示，为三段式螺杆转子的截面型线和轴向距离图，三段式螺杆转子的截面 型线随螺旋展开角τ由0至τ。连续变化，吸气段LdP排气段L 3为等截面型线，分别采用吸气段 的截面型线a和排气段的截面型线b，吸气段的截面型线a中的圆渐开线AB的基圆半径RbVj、 于排气段的截面型线b中的圆渐开线AB的基圆半径R bb;压缩段L2的截面型线随螺旋展开角τ 连续变化，当τ = τ』4，截面型线为吸气段的截面型线a，螺旋展开角^由^增加至截面型 线由吸气段的截面型线a连续变化至排气段的截面型线b;齿顶圆弧BC的半径心、节圆半径R 2 和齿根圆弧DE的半径R3不随螺旋展开角τ改变而改变，且满足心+1?3 = 21?2,截面型线中圆渐 开线ΑΒ的基圆半径Rb随螺旋展开角τ的变化规律为R b(T)，公式如下：
[0055]
[0056]其中，Rba为吸气段的截面型线a中的圆渐开线AB的基圆半径，mm;Rbb为排气段的截 面型线b中的圆渐开线AB的基圆半径，mm，且Rba〈Rbb。
[0057] 如图4所示，为三段式螺杆转子的截面型线随螺旋展开角τ的变化图；图（a)和图 (b)为吸气段1^的截面型线，螺旋展开角τ由0逐渐增加至，截面型线保持不变且为吸气段 的截面型线a;由图（b)到图（f)为压缩段1^ 2的截面型线，相邻截面型线之间的螺旋展开角τ 增加〇 . 5π，随着螺旋展开角τ由Ta逐渐增加至Tb，圆渐开线ΑΒ的基圆半径由Rba逐渐增加至 Rbb，即Rba〈Rbc〈Rbd〈Rbe〈Rbb，但是齿顶圆弧BC的半径R 1、节圆半径R2和齿根圆弧DE的半径R3保 持不变，截面型线由吸气段的截面型线a连续变化至排气段的截面型线b;图（f)、图（g)和图 (h)为排气段L3的截面型线，螺旋展开角τ由Tb逐渐增加至τ。，截面型线保持不变且为排气段 的截面型线b。
[0058] 如图5所示，为主螺杆转子I图，主螺杆转子I是一种三段式螺杆转子，包括:吸气段 Ln、压缩段L12和排气gL13;吸气段Ln为等螺距且等截面型线，其截面型线为吸气段的截面 型线a;排气段L 13为等螺距且等截面型线，其截面型线为排气段的截面型线b，吸气段的螺距 Pa大于排气段的螺距Pb，吸气段的截面型线a中的圆渐开线AB的基圆半径Rba小于排气段的 截面型线b中的圆渐开线AB的基圆半径R bb，吸气段的齿顶面宽度此和排气段的齿顶面宽度 M3都保持不变，且MKM3;吸气段和排气段之间采用压缩段进行过渡，压缩段为变螺距且变截 面型线，压缩段的齿顶面宽度此由施逐渐过渡至M3。
[0059] 如图6所示，为从螺杆转子Π 图，从螺杆转子Π 是一种三段式螺杆转子，从螺杆转 子Π 与主螺杆转子I的螺旋展开方向相反。
[0060] 如图7所示，为主螺杆转子I与从螺杆转子Π 的啮合图，主螺杆转子I由5个齿面和2 条螺旋线组成，分别为主斜齿面1、主齿背螺旋线2、主齿顶面3、主齿尖螺旋线4、主凹齿面5、 主齿根面6、主摆线齿面7,分别是由截面型线中的圆渐开线AB、齿背点B、齿顶圆弧BC、齿尖 点C、第一摆线CD、齿根圆弧DE、第二摆线EA生成，吸气段和压缩段之间、压缩段和排气段之 间的齿面和螺旋线能实现光滑过渡。在工作中，主螺杆转子I与从螺杆转子Π 能够实现正确 啮合:主螺杆转子I的吸气段Ln、压缩段L12和排气gL13，分别与从螺杆转子Π 的吸气段L21、 压缩段L22和排气段L23能够实现正确啮合；同时，主螺杆转子I的主斜齿面1、主齿背螺旋线 2、主齿顶面3、主齿尖螺旋线4、主凹齿面5、主齿根面6和主摆线齿面7,分别与从螺杆转子Π 的从斜齿面1 \从摆线齿面7 \从齿根面6\从凹齿面5\从齿尖螺旋线4 \从齿顶面3'和从 齿背螺旋线2'能够实现正确啮合。
[0061] 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。
【主权项】
1. 一种三段式螺杆转子，包括:吸气段、压缩段和排气段;其特征是:吸气段为等螺距且 等截面型线，其截面型线为吸气段的截面型线a;排气段为等螺距且等截面型线，其截面型 线为排气段的截面型线b，吸气段的螺距P a大于排气段的螺距Pb，吸气段的截面型线a中的圆 渐开线AB的基圆半径Rbd、于排气段的截面型线b中的圆渐开线AB的基圆半径R bb，吸气段的 齿顶面宽度％和排气段的齿顶面宽度M3都保持不变，且MKM3;吸气段和排气段之间采用压 缩段进行过渡，压缩段为变螺距且变截面型线，压缩段的齿顶面宽度跑由％逐渐过渡至M 3; 吸气段和压缩段之间、压缩段和排气段之间的齿面和螺旋线能实现光滑过渡;截面型线随 螺旋展开角τ由0至τ。连续变化。2. 如权利要求1所述的一种三段式螺杆转子，其特征是：主螺杆转子I和从螺杆转子Π 都是一种三段式螺杆转子，主螺杆转子I和从螺杆转子Π 的螺旋展开方向相反;在工作中， 主螺杆转子I与从螺杆转子Π 能够实现正确啮合。3. 如权利要求1所述的一种三段式螺杆转子，其特征是：螺杆转子的吸气段、压缩段和 排气段的螺距和轴向距离满足如下公式： 吸气段为等螺距，其螺距丹(1)=?3，吸气段的轴向距离ΗΚτ)的变化规律为：其中，τ为螺旋展开角，rad;对于整个螺杆转子，其螺旋展开角τ的取值范围为〇< τ < τ。； Pa为初始螺距，mm; 压缩段为变螺距，其螺距P2 (τ)的变化规律为：其中，Pb为终止螺距，mm，且Pa>Pb;压缩段的轴向距离H2⑴的变化规律为：排气段为等螺距，其螺距P3(i)=Pb，排气段的轴向距离Η3(τ)的变化规律为：吸气段的轴向距离ΗΚτ)与压缩段的轴向距离Η2(τ)在螺旋展开角T = ia时光滑连接，压 缩段的轴向距离Η2(τ)与排气段的轴向距离Η3(τ)在螺旋展开角T = Tb时光滑连接;吸气段的 螺距ΡΚτ)与压缩段的螺距?2(1)在螺旋展开角T = ia时光滑连接，压缩段的螺距内（1)与排 气段的螺距Ρ3 (τ)在螺旋展开角τ = Tb时光滑连接。4. 如权利要求1所述的一种三段式螺杆转子，其特征是:截面型线随螺旋展开角τ由0至 τ。连续变化，其中的任意截面型线都由5段曲线和2个点连接组成，依次为：圆渐开线ΑΒ、齿 背点Β、齿顶圆弧BC、齿尖点C、第一摆线CD、齿根圆弧DE、第二摆线ΕΑ;齿顶圆弧BC的半径R!、 节圆半径R 2和齿根圆弧DE的半径R3不随螺旋展开角τ改变而改变，且满足心+1?3 = 2 R2,截面 型线中圆渐开线AB的基圆半径Rb随螺旋展开角τ的变化规律为R b(T)，公式如下：5.-种双螺杆真空栗，其特征是:使用如权利要求1所述的一种三段式螺杆转子。
【文档编号】F04C18/16GK105952641SQ201610539120
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年7月11日
【发明人】王君, 刘宏杰, 崔峰
【申请人】中国石油大学(华东)