专利名称：爪式转子设计方法
技术领域：
本发明涉及一种爪式转子设计方法，是中国台湾新型专利号第220027号的追加专利申请(相对美国专利第6,776,594号的Continuation In Part；CIP)，该方法能够将相互共轭啮合的定义转子与共轭转子，以四个参数定义两转子的无效压缩至开始进气的运动曲线，及排气开始至终结的运动曲线，从而评估并求出最佳转子性能，而能应用于真空泵、空压机、压缩机、增压器等，以提供具有较高压缩比与输送容积，及使得进、排气运动过程顺畅，不会产生噪音及震动的效果。
背景技术：
应用于多段鲁式压缩机、真空泵、空压机或增压器上的爪式转子，大体上包括两个相互啮合的定义转子与共轭转子，而该两转子上分别设有相啮合的叶片，通过两叶片相互啮合旋转以提供周期性循环的进、排气压缩运动，因此，两叶片啮合性非常重要，假使两叶片相互啮合性不佳则在进气、排气、无压缩的周期性旋转过程便会产生噪音与震动，且也会造成两转子因不当的啮合所产生的摩耗，而降低使用寿命。
公知相关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，其中第5,149,256号的两个转子8、9的叶片，如图8所示，在凹部80，90与弧面81，91的交接处形成尖部82，92，而使得整个转子80，90的曲线在该尖部82，92形成不连续，因而，当其从无效压缩至开始进气的过程时，转子8，9的顶端部83，93便会在该尖部82，92运转不顺畅平滑，而会有噪音与震动的现象产生。相同情况，前述其它的美国专利案在相啮合的两转子作动过程，也存在运转不顺畅，而有噪音与震动的现象。
本案之前的中国台湾新型专利第220027号(美国第6,776,594号专利案)，已提出解决上述公知技术的瑕疵，即，在两转子无效压缩至开始进气的阶段，及排气开始至终结的阶段，以两个不同曲线经平滑连接，而不是由两圆弧的交接而成。因此，能够使得两转子在运转的过程不会有噪音与震动的现象产生。
发明内容
本发明的目的是提供一种爪式转子设计方法，该方法可将相互啮合的定义转子与共轭转子的无效压缩至开始进气的运动曲线，及排气开始至终结的运动曲线，以不同参数定义取得，从而评估并求出最佳转子性能，而能应用于实际需求的真空泵、空压机、压缩机、增压器等，以提供具有较高压缩比及输送容积，并确保两转子在运转的过程不会有噪音与震动的现象产生。
为此，本发明提出一种爪式转子设计方法，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、直线Y的定义转子的本体与叶片，及由所述曲线与圆弧以共轭曲线组成共轭转子，该方法包括形成定义转子步骤及形成共轭转子步骤，其中该形成定义转子步骤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，t2，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分。该曲线E在水平线h1上的交点P3；由该水平线h1及定义转子圆心t1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，并经由三角函数关系式求得第二圆心点t2的半径rB，则可取得一圆弧B作为定义转子的外形曲线的另一部分，并获得该圆弧B的两个端点P1与P2，且点P2在圆心t2上方的垂直位置；于该水平线h1上相对于定义转子节圆的圆心t1取一点t3作为共轭转子节圆的圆心点，t3与t1的水平距离为2Rp，则定义转子的另一外形曲线的一点P4可由通过共轭转子圆心t3以半径R及所指定的圆心角β决定，连接前述点P3与点P4可取得定义转子的另一外形曲线圆弧F；于该圆心角β的夹边h3上取得第四圆心点t4，并经由三角函数关系式求得第四圆心点t4的半径rC，则可取得一圆弧C作为定义转子的外形曲线的另一部分，并获得该圆弧C的两个端点点P4与点P5，且点P5在圆心t4下方的垂直位置；连接点P2及点P5的对称点P6所形成的水平直线Y；连接上述的曲线E、圆弧A、圆弧B、圆弧F、圆弧C、直线Y等组成定义转子1单爪的外形曲线，相对另一爪的外形曲线与上述各定义曲线成对称关系，如此为定义转子的本体外形曲线；该形成共轭转子步骤，是利用上述步骤决定定义转子的外形后，再由定义转子中各定义曲线的共轭曲线组成。
图1为本发明爪式转子设计方法形成端点共轭曲线的示意图。
图2为本发明爪式转子设计方法形成定义转子外形的示意图。
图3为本发明爪式转子设计方法形成共轭转子外形的示意图。
图4为本发明爪式转子设计方法其中定义转子最大半径R为60mm、定义转子宽度D为85mm、圆心角α为3度、圆心角β为6度的应用例的示意图。
图5为本发明爪式转子设计方法中定义转子的厚度D为52，55，60，65，75，80mm时定义转子外形变化的示意图。
图6为本发明爪式转子设计方法其中圆心角α为3、6、9、12度时定义转子外形变化的示意图。
图7为本发明爪式转子设计方法圆心角β为3、6、9、12度时定义转子外形变化的示意图。
图8为表列图4、6、7中各不同参数所得到定义转子与共轭转子的叶片不同数值。
图9为美国专利第5,149,256号的平面图。
附图标记说明定义转子1 共轭转子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，h3，h4点P0，P1，P2，P3，P4，P5，P6，P7圆心角α，半径rB，rC曲线E，E’ 圆弧A，B，C，F具体实施方式
本发明爪式转子设计方法，是先取得定义转子1的外形，再以共轭曲线取得共轭转子2的外形，请参阅图1、2，该定义转子1的外形取得包括如下步骤1、指定定义转子最大半径R、定义转子宽度D、定义转子及共轭转子的节圆半径Rp，此二节圆的圆心分别为t1及t2，Rp小于R，且定义转子最大半径R与节圆半径Rp的比例是R＝3Rp/2。
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，取此曲线E作为转子的叶片一部分。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，则可取得两端点为点P1与点P2的圆弧B作为定义转子的外形曲线的另一部分，其中点P2在圆心t2上方的垂直位置。
7、再于水平线h1上取得共轭转子的节圆圆心t3，t1与t3的水平距离为2Rp，则定义转子外形曲线的另一点P4可由通过共轭转子圆心t3以半径R及所指定的圆心角β决定。连接点P3与点P4所取得的外形曲线为圆弧F。
8、取圆心角β的夹边h3，且在该夹边h3上取得一圆心点t4，半径为rC。
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分，点P5在圆心t4下方的垂直位置。
11、连接点P2及点P5的对称点P6所形成的水平直线Y。
12、连接上述的曲线E、圆弧A、圆弧B、圆弧F、圆弧C、直线Y等组成定义转子1单爪的外形曲线，相对另一爪的外形曲线与上述各定义曲线成对称关系(虚线所示)。
因此，通过上述的步骤，可取得具有两爪叶片的定义转子本体外形曲线。
请参阅图3，利用上述步骤决定定义转子1的外形后，共轭转子2的外形则由上述各定义转子1各定义曲线(曲线E、圆弧A、圆弧B、圆弧F、圆弧C、直线Y)的共轭曲线组成。
请参阅图4为本发明爪式转子设计方法其中定义转子最大半径R采用60mm、定义转子宽度D采用85mm、圆心角α为3度、圆心角β为6度的应用例，如图所示在这些条件下，定义转子1与共轭转子2的外形是几乎相同，因而，实际应用时具有较相近的机械性质。
再请参阅图5，当定义转子最大半径R采用60mm维持不变，而定义转子1的宽度D值分别为52、55、60、65、70、75、80mm时，依共轭啮合的特性，该定义转子1的宽度D值最较小者(S1)，所对应的共轭转子2的外形是最大者(L1)，如此类推，实际应用上可以视需要作对应的调整。
另，请参阅图6、7，本发明爪式转子设计方法其中维持定义转子1最大半径R采用60mm、定义转子宽度D采用85mm，而圆心角α与圆心角β分别为3、6、9、12度时，定义转子1外形变化则有不同的变化，从图上清楚的可以显示，当圆心角α在不同角度时，定义转子1的叶片外侧会随着角度的变大而加大(图6)，而共轭转子2则随着角度的变大而变小。同样的，当圆心角β在不同角度时，定义转子1的叶片另一外侧会随着角度的变大而加大，而共轭转子2则随着角度的变大而变小(图7)。续请参阅图8，是汇整图5至图7，不同定义转子1的宽度D及不同圆心角α与圆心角β，取得半径rB与半径rC的不同参数值，依此参数值则可使得定义转子1与共轭转子2的外形作相对的变化调整。
通过本发明的方法所制出的定义转子1与共轭转子2，在相互啮合运转的无效压缩至开始进气的阶段，及排气开始至终结的阶段，因为以两个不同曲线经平滑连接，因此，能够使得两转子在运转的过程不会有噪音与震动的现象产生，具有较高压缩比与输送容积。
惟，以上所述者仅为本发明的较佳实施例而已，大凡依据本发明所为的各种修饰与变化，仍应包含于本案专利申请范围内。
权利要求
1.一种爪式转子设计方法，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、直线Y的定义转子的本体与叶片，及由所述曲线与圆弧以共轭曲线组成共轭转子，该方法包括形成定义转子步骤及形成共轭转子步骤，其中该形成定义转子步骤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，t2，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分。该曲线E在水平线h1上的交点P3；由该水平线h1及定义转子圆心t1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，并经由三角函数关系式求得第二圆心点t2的半径rB，则可取得一圆弧B作为定义转子的外形曲线的另一部分，并获得该圆弧B的两个端点P1与P2，且点P2在圆心t2上方的垂直位置；于该水平线h1上相对于定义转子节圆的圆心t1取一点t3作为共轭转子节圆的圆心点，t3与t1的水平距离为2Rp，则定义转子的另一外形曲线的一点P4可由通过共轭转子圆心t3以半径R及所指定的圆心角β决定，连接前述点P3与点P4可取得定义转子的另一外形曲线圆弧F；于该圆心角β的夹边h3上取得第四圆心点t4，并经由三角函数关系式求得第四圆心点t4的半径rC，则可取得一圆弧C作为定义转子的外形曲线的另一部分，并获得该圆弧C的两个端点点P4与点P5，且点P5在圆心t4下方的垂直位置；连接点P2及点P5的对称点P6所形成的水平直线Y；连接上述的曲线E、圆弧A、圆弧B、圆弧F、圆弧C、直线Y等组成定义转子1单爪的外形曲线，相对另一爪的外形曲线与上述各定义曲线成对称关系，如此为定义转子的本体外形曲线；该形成共轭转子步骤，是利用上述步骤决定定义转子的外形后，再由定义转子中各定义曲线的共轭曲线组成。
2.如权利要求1所述爪式转子设计方法，其特征是，所述半径rB是由如下三角函数关系式求得rB+(R-rB)sinα=D2]]>rB=D/2-Rsinα1-sinα]]>其中R＝定义转子的最大半径；即圆心t1至点P1的长度。
3.如权利要求1所述爪式转子设计方法，其特征是，所述半径rC是由如下三角函数关系式求得rC+(R+rC)sinβ=D2]]>rC=D/2-Rsinβ1+sinβ]]>其中R＝定义转子的最大半径；即圆心t3至点P4的长度。
4.如权利要求1所述爪式转子设计方法，其特征是，所述定义转子最大半径R与节圆半径Rp的比例是R＝3Rp/2。
全文摘要
本发明公开了一种爪式转子设计方法，该方法是可设计出相互共轭啮合的定义转子与共轭转子，并以参数化定义两转子的无效压缩至开始进气的运动曲线，及排气开始至终结的运动曲线，从而评估并求出最佳转子性能，而能应用于实际需求的真空泵、空压机、压缩机、增压器等，以提供具有较高压缩比及输送容积，并确保两转子在运转的过程不会有噪音与震动的现象产生。
文档编号F04C18/14GK1904365SQ20051008885
公开日2007年1月31日 申请日期2005年7月29日 优先权日2005年7月29日
发明者钟添东, 林恒毅, 庄丰铭 申请人:良峰塑胶机械股份有限公司