螺杆转子的制作方法

专利名称：螺杆转子的制作方法
技术领域：
本发明涉及用在螺杆泵中的螺杆转子，该螺杆泵通过一对在该螺杆泵中相互啮合 的螺杆转子的旋转泵送流体。
背景技术：
日本未经审查的专利申请公开No. 2008-38861公开了一种具有一对相互啮合的 单头螺纹螺杆转子的螺杆泵。该螺杆转子在该泵吸入侧的螺旋角大于其在该泵排放侧的螺 旋角，该螺旋角适合于随着吸入量的增加进行流体传送。然而，在具有大螺旋角的螺杆转子 的吸入侧上，圈数较少，这将影响螺杆转子的旋转平衡。日本未经审查的专利申请公开No. 63-59031公开了另一种具有一对相互啮合的 多头螺纹螺杆转子的螺杆泵。在这种螺杆泵中，不会出现像单头螺纹螺杆转子情况下那样 的旋转平衡问题。然而，当具有小螺旋角的螺杆转子的排放侧上的圈数增加时，例如在双头螺纹转 子中，在相同的螺旋角和相同的流体传送量情况下，其齿厚大约为单头螺纹螺杆转子齿厚 的一半。在这种情况下，转子壳体的内表面和齿之间的密封长度大约为单头螺纹螺杆转子 密封长度的一半，这将引起密封性能降低。日本未经审查的专利申请公开No. 3-111690公开了又一种在吸入侧具有多头螺 纹螺杆转子而在排放侧具有单头螺纹螺杆转子的螺杆泵。该多头螺纹螺杆转子与单头螺纹 螺杆转子是同心设置的。在这种螺杆泵中，不会出现像单头螺纹螺杆转子情况下的旋转平 衡问题，也不会出现像双头螺纹螺杆转子情况下的密封问题。然而，在公开文本No. 3-111690中公开的螺杆泵中，因为多头螺纹螺杆转子与单 头螺纹螺杆转子轴向间隔开，所以流体传送空间的体积在螺纹数量变化的部分增加。这种 体积增加造成传送流体的膨胀，这将引起螺杆泵的无效泵送操作。本发明旨在提供螺杆转子，其防止螺杆泵的无效泵送操作同时保持螺杆转子的良 好旋转平衡并确保密封性能。

发明内容
根据本发明的一方面，螺杆转子是用在螺杆泵(11)中的，该螺杆泵通过一对在转 子壳体(12)中相互啮合的螺杆转子(13，14)的旋转泵送流体。该螺杆转子(13，14)包括 用于泵吸入侧的多头螺纹部分(26，34)和用于泵排放侧的单头螺纹部分(29，37)。单头螺 纹部分(29，37)在垂直于螺杆转子(13，14)的旋转轴线(151，161)的假想面中具有齿廓 (G11，G12)。该单头螺纹部分(29,37)的齿廓(G11,G12)包括齿顶部(A1B1，A2B2)，其在 旋转轴线(151，161)周围环形地延伸；齿底部(C1D1，C2D2)，其在旋转轴线(151，161)周围 环形地延伸，该齿底部(C1D1、C2D2)的半径小于齿顶部(A1B1，A2B2)的半径；由余摆线形 成的第一曲线段(A1C1，A2C2)，该第一曲线段(A1C1，A2C2)连接齿顶部(A1B1，A2B2)的一 端(Al，A2)到齿底部(C1D1，C2D2)的一端(Cl，C2)；和第二曲线段(B1D1, B2D2)，其连接
3齿顶部(A1B1, A2B2)的另一端(Bi, B2)到齿底部(C1D1，C2D2)的另一端(Dl, D2)。多头 螺纹部分(26，34)在垂直于螺杆转子(13，14)的旋转轴线(151，161)的假想面中具有齿廓 (G21，G22)。该多头螺纹部分(26,34)的齿廓(G21，G22)包括齿顶部(42A，42B)，其在旋 转轴线(151，161)周围环形地延伸；齿底部(43A，43B)，其在旋转轴线(151，161)周围环形 地延伸，该齿底部(43A，43B)的半径小于齿顶部(42A，42B)的半径；和由余摆线形成的第三 曲线段(46A，46B)，该第三曲线段(46A，46B)连接齿顶部(42A，42B)的一端(422A，422B)到 齿底部(43A，43B)的一端。该螺杆转子(13、14)如此形成以致于多头螺纹部分(26，34)的 齿廓(G21，G22)通过垂直于螺杆转子(13，14)的旋转轴线(151，161)的边界面(38，39)连 接到单头螺纹部分(29,37)的齿廓(G11,G12)上。该第一曲线段(A1CUA2C2)满足下列状 态⑴或⑵(1)第一曲线段(A1C1，A2C2)在边界面(38，39)中与第三曲线段(46A，46B)重合；(2)第一曲线段(A1CLA2C2)在与螺杆转子(13，14)的旋转方向(W，Z)相反的方 向上以角位差α 0与第三曲线段(46Α，46Β)在角度上间隔开，并且满足角位差α0< Θ， 其中θ是边界面(38，39)中从多头螺纹部分(26，34)的齿顶部(42Α，42Β)的一端(422Α， 422Β)延伸到螺杆转子(13，14)的旋转轴线(151，161)的线(L11，L21)和从多头螺纹部分 (26，34)的齿顶部(42A，42B)的另一端(421A，421B)延伸到螺杆转子(13，14)的旋转轴线 (151，161)的线(L12, L22)之间的齿顶部角。通过下面的描述，结合以举例方式阐述了本发明原理的附图，本发明的其它方面 和优势将变得明显。


图1是螺杆泵的纵向截面图，该螺杆泵具有根据本发明第一实施例的第一螺杆转 子和第二螺杆转子；图2是图1中第一螺杆转子和第二螺杆转子的透视图；图3显示了图1和2中第一和第二螺杆转子的双头螺纹部分的齿廓；图4显示了图1和2中第一和第二螺杆转子的单头螺纹部分的齿廓；图5详细示出了单头螺纹部分的齿廓；图6是解释如何确定渐开线的示意图；图7是解释如何确定渐开线和余摆线的示意图；图8是解释如何确定余摆线的示意图；图9A到9C是显示位于第一和第二螺杆转子的边界面中的单头螺纹部分和双头螺 纹部分的齿廓的示意图；图10显示了通过该螺杆泵的流体传送体积的变化曲线；图IlA和IlB示意性地显示了边界面中单头螺纹部分和双头螺纹部分的齿廓；和图12示意性地显示了根据本发明第二实施例的第一和第二螺杆转子的齿廓。
具体实施例方式参考图1，螺杆泵11具有转子壳体12，第一螺杆转子13和第二螺杆转子14可旋 转地设置在其中。第一螺杆转子13的轴15和第二螺杆转子14的轴16延伸到该螺杆泵11
4的电动机壳体17中，电动机18容纳在该电动机壳体中。电动机18产生的驱动力经由其输 出轴181和联轴器19传递到轴15，因此旋转轴15。轴15的旋转运动经由一对相互啮合的 齿轮20和21传递到另一轴16，因此轴16沿与轴15相反的方向旋转。第一螺杆转子13沿 箭头W指示的方向旋转，而第二螺杆转子14沿与箭头方向W相反的、箭头Z指示的方向旋转。参考图2，第一个螺杆转子13包括双头螺纹部分26 (多头螺纹部分)和单头螺纹 部分29。该双头螺纹部分26具有两个螺旋齿22、23和两个螺旋槽24、25。该单头螺纹部 分29具有一个螺旋齿27和一个螺旋槽28。类似地，第二螺杆转子14包括双头螺纹部分 34 (多头螺纹部分)和单头螺纹部分37。该双头螺纹部分34具有两个螺旋齿30、31和两 个螺旋槽32、33。该单头螺纹部分37具有一个螺旋齿35和一个螺旋槽36。第一螺杆转子13的双头螺纹部分26的螺旋齿22、23与第二螺杆转子14的双头 螺纹部分34的螺旋齿30、31啮合，螺旋齿22、23插入到第二螺杆转子14的双头螺纹部分 34的螺旋槽32、33中，以及螺旋齿30、31插入到第一螺杆转子13的双头螺纹部分26的螺 旋槽24、25中。第一螺杆转子13的单头螺纹部分29的螺旋齿27与第二螺杆转子14的单头螺纹 部分37的螺旋齿35啮合，螺旋齿27插入到第二螺杆转子14的单头螺纹部分37的螺旋槽 36中，以及螺旋齿35插入到第一螺杆转子13的单头螺纹部分29的螺旋槽28中。参考图1，在第一螺杆转子13中，双头螺纹部分26是通过边界面38由单头螺纹部 分29连续形成的。双头螺纹部分26位于螺杆泵11的吸入侧，而单头螺纹部分29位于螺 杆泵11的排放侧。在第二螺杆转子14中，双头螺纹部分34是通过边界面39由单头螺纹 部分37连续形成的。双头螺纹部分34位于该螺杆泵11的吸入侧，而单头螺纹部分37位 于该螺杆泵11的排放侧。边界面38、39位于垂直于第一和第二螺杆转子13、14的旋转轴 线151、161的同一假想面中。该转子壳体12是由端壁122和周向壁123形成的。该转子壳体12在其一端具有 形成通过端壁122的进口 40从而与限定在该转子壳体12中的吸入室121连通。盖板10设 在该吸入室121中从而盖住第一和第二螺杆转子13、14的一部分端面。该转子壳体12在 其另一端具有形成通过周向壁123的出口 41从而与该转子壳体12的内部空间连通。随着第一和第二螺杆转子13、14的旋转，流体经由进口 40引入吸入室121。由于 盖板10的存在，在给定时间将流体引入传送空间，在螺旋槽中传送到出口 41，然后经由出 口 41排出螺杆泵11。图3显示了第一螺杆转子13的双头螺纹部分26的齿廓G21和第二螺杆转子14 的双头螺纹部分34的齿廓G22。图4显示了第一螺杆转子13的单头螺纹部分29的齿廓 Gll和第二螺杆转子14的单头螺纹部分37的齿廓G12。第一螺杆转子13的齿廓是第一螺 杆转子13在垂直于旋转轴线151的假想面中的轮廓，类似地，第二螺杆转子14的齿廓是第 二螺杆转子14在垂直于旋转轴线161的假想面中的轮廓。第一螺杆转子13的螺纹方向(在图3和4中用箭头δ指示)与第一螺杆转子13 的旋转方向W相反。第二螺杆转子14的螺纹方向(在图3和4中用箭头ε表示)与第二 螺杆转子14的旋转方向Z相反。第一螺杆转子13的螺纹方向δ与第二螺杆转子14的螺纹方向ε相反。
接下来将详细描述第一和第二螺杆转子13、14的单头螺纹部分29、37的齿廓G11、 G12。参考图5，符号Pl表示轴15的中心轴线上的点(即第一螺杆转子13的旋转轴线 151)，而符号P2表示轴16的中心轴线上的点(即第二螺杆转子14的旋转轴线161)。这些 点PI、P2，也就是第一和第二螺杆转子13、14的旋转中心，接下来被简称为中心点PI、P2。 符号L表示中心点Pl和P2之间的距离(即轴15和16的中心轴线之间的距离)。如图5所示，第一螺杆转子13的单头螺纹部分29的齿廓Gll包括齿顶部AlBl和 齿底部ClDl。该齿顶部AlBl围绕中心点Pl从点Al环形地延伸到点Bi。齿底部ClDl围 绕中心点Pl从点Cl环形地延伸到点Dl。齿底部ClDl的半径小于齿顶部AlB 1的半径。 齿廓Gll进一步包括第一曲线段AlCl和第二曲线段B1D1。第一曲线段AlCl连接齿顶部 AlBl的一端Al到齿底部ClDl的一端Cl。第二曲线段BlDl连接齿顶部AlBl的另一端Bl 到齿底部ClDl的另一端D1。第一曲线段AlCl是由余摆线形成的，在下文中也被称为第一 余摆线AlCl。第二螺杆转子14的单头螺纹部分37的齿廓G12包括齿顶部A2B2和齿底部C2D2。 齿顶部A2B2围绕中心点P2从点A2环形地延伸到点B2。齿底部C2D2围绕中心点P2从点 C2环形地延伸到点D2。齿底部C2D2的半径小于齿顶部A2B2的半径。齿廓G12进一步包 括第一曲线段A2C2和第二曲线段B2D2。第一曲线段A2C2连接齿顶部A2B2的一端A2到齿 底部C2D2的一端C2。第二曲线段B2D2连接齿顶部A2B2的另一端B2到齿底部C2D2的另 一端D2。第一曲线段A2C2是由余摆线形成的，在下文中也被称为第一余摆线A2C2。在图5中，齿顶部AlBl的一端Al和齿顶部A2B2的一端A2位于经过中心点Pl和 P2的假想线M上。第一螺杆转子13的第一余摆线AlCl是由第二螺杆转子14的齿顶部A2B2的一端 A2形成的。第二螺杆转子14的第一余摆线A2C2是由第一螺杆转子13的齿顶部AlBl的一 端Al形成的。第二螺杆转子14的第二曲线段B2D2是由连接到齿顶部A2B2另一端B2和第二余 摆线E2D2的渐开线B2E2形成的。渐开线B2E2是由其中心是中心点P2的基圆获得的。第 二余摆线E2D2是由第一螺杆转子13的齿顶部AlBl的另一端Bl形成的。第一螺杆转子13的第二曲线段BlDl是由连接到齿顶部AlBl的另一端Bl和第二 余摆线ElDl的渐开线BlEl形成的。渐开线BlEl是由一基圆获得的，该基圆的中心是中心 点Pl并且其半径小于距离L的一半(L/2)。第二余摆线ElDl是由第二螺杆转子14的齿顶 部A2B2的另一端B2形成的。第二螺杆转子14的单头螺纹部分37的齿廓G12与第一螺杆转子13的单头螺纹 部分29的齿廓Gll —致。在该实施例中，第一螺杆转子13的齿顶部AlBl围绕中心点Pl的角度β 1小于 180度。齿底部ClDl围绕中心点Pl的角度β 2也小于180度并且等于角度β 1。类似地，第二螺杆转子14的齿顶部Α2Β2围绕中心点Ρ2的角度为β 1，齿底部C2D2 围绕中心点Ρ2的角度为与β 1相等的β 2。接下来将描述如何形成第一和第二螺杆转子13，14的单头螺纹部分29、37的齿廓 G11、G12。
要注意的是，图6至8中参考数字13和14分别表示第一螺杆转子13侧和第二螺 杆转子14侧。参考图6，首先确定中心点Pl和P2之间的距离(即距离L)。符号C31、C32表示 节圆，每个都具有半径r( = L/2)并且在作为中心点Pl和P2之间的中点F处相互接触。然 后，确定具有比r大的半径Rl的外圆Cll和具有比r小的半径R2的内圆C21。距离L等于 半径Rl和半径R2的和。节圆C31与第一螺杆转子13有关，节圆C32与第二螺杆转子14有关。接着，经过点F的渐开线11是基于基圆Col确定的，基圆的中心是中心点Pl并且 其半径小于节圆C31的半径。渐开线11与外圆Cll在第一螺杆转子13上的交叉点是对应 于上述的第一螺杆转子13的齿顶部AlBl的另一端Bl的点Bi。类似地，经过点F的渐开线12是基于基圆Co2确定的，该基圆的中心是中心点P2 并且其半径小于节圆C32的半径。渐开线12与外圆C12在第二螺杆转子14上的交叉点是 对应于上述的第二螺杆转子14的齿顶部A2B2的另一端B2的点B2。基圆Col和Co2都具 有小于节圆C31、C32的半径r的半径Ro。现在参考图7，确定曲线J1。曲线Jl是点B2在外圆C12上的轨迹，该轨迹是第一 和第二螺杆转子13、14旋转时描绘的。曲线Jl是通过围绕第一螺杆转子13旋转第二螺杆 转子14形成的余摆线，同时节圆C32与节圆C31保持接触。余摆线Jl与内圆C21的交叉 点Dl对应于上述的第一螺杆转子13的齿底部ClDl的另一端Dl。余摆线Jl在点El处与 渐开线11相连。第一螺杆转子13中的渐开线BlEl是由从点Bl延伸到点El的渐开线11 形成的，第一螺杆转子13中的第二余摆线ElDl是由从点El延伸到点Dl的余摆线Jl形成 的。第二余摆线ElDl的切线与渐开线BlEl的切线在它们之间的连接点处重合。类似地，确定曲线J2。曲线J2是点Bl在第一和第二螺杆转子13，14旋转时在外 圆Cll上描绘的轨迹。曲线J2是通过围绕第二螺杆转子14旋转第一螺杆转子13形成的 余摆线，同时节圆C31与节圆C32保持接触。余摆线J2与内圆C22的交叉点D2对应于上 述的第二螺杆转子14的齿底部C2D2的另一端D2。余摆线J2在点E2处与渐开线12相连。 第二螺杆转子14中的渐开线B2E2是由从点B2延伸到点E2的渐开线12形成的，第二螺杆 转子14中的第二余摆线E2D2是由从点E2延伸到点D2的余摆线J2形成的。第二余摆线 E2D2的切线与渐开线B2E2的切线在它们之间的连接点处重合。然后参考图8，确定点Al和曲线K1。点Al位于经过中心点PI、P2的线M上并且 还位于第一螺杆转子13侧的外圆Cll上。曲线Kl是点A2在第一和第二螺杆转子13、14 旋转时在外圆C12上描绘的轨迹。曲线Kl是通过围绕第一螺杆转子13旋转第二螺杆转子 14形成的余摆线，同时节圆C32与节圆C31保持接触。点Al对应于上述的第一螺杆转子 13的齿顶部AlBl的一端Al。第一螺杆转子13中的第一余摆线AlCl是由从点Al延伸到 点Cl的余摆线Kl形成的，点Cl是余摆线Kl与内圆C21的交叉点。类似地，确定点A2和曲线K2。点A2位于经过中心点P1、P2的线M上并且还位于 第二螺杆转子14侧的外圆C12上。曲线K2是点Al在第一和第二螺杆转子13、14旋转时 在外圆Cll上描绘的轨迹。曲线K2是通过围绕第二螺杆转子14旋转第一螺杆转子13形 成的余摆线，同时节圆C31与节圆C32保持接触。点A2对应于上述的第二螺杆转子14的 齿顶部A2B2的一端A2。第二螺杆转子14中的第一余摆线A2C2是由从点A2延伸到点C2的余摆线K2形成的，点C2是余摆线K2与内圆C22的交叉点。第一螺杆转子13的齿顶部AlBl (见图5)是由外圆Cll的弧形成的，该弧从第一 余摆线AlCl上的点Al延伸到渐开线BlEl上的点Bi。第一螺杆转子13的齿底部ClDl (见 图5)是由内圆C21的弧形成的，该弧从第一余摆线AlCl上的点Cl延伸到第二余摆线ElDl 上的点D1。类似地，第二螺杆转子14的齿顶部A2B2和齿底部C2D2(见图5)基本上以与第 一螺杆转子13中相同的方式形成。第二螺杆转子14的点A2随着第一和第二螺杆转子13、14的旋转沿着第一螺杆转 子13的第一余摆线AlCl移动。然后，第一螺杆转子13的点Al沿着第二螺杆转子14的第 一余摆线A2C2移动。另外，第一螺杆转子13的点Bl随着第一和第二螺杆转子13、14的旋转沿着第二 螺杆转子14的第二余摆线E2D2移动。然后第一螺杆转子13的渐开线BlEl在第二螺杆转 子14的渐开线B2E2上旋转同时与其保持接触。然后，第二螺杆转子14的点B2沿着第一 螺杆转子13的第二余摆线ElDl移动。回头参考图3，第一螺杆转子13的双头螺纹部分26的齿廓G21包括齿顶部42A, 齿底部43A，齿底部44A，齿顶部45A，由余摆线形成的第三曲线段46A，第四曲线段47A和 曲线段48A、49A。第三曲线段46A连接齿顶部42A的一端422A(即第三曲线段46A的一端 461A)到齿底部43A的一端。齿顶部42A的另一端421A连接到第四曲线段47A。第四曲线 段47A和曲线段48A、49A是由渐开线和余摆线形成的。齿顶部42A、齿底部43A、齿底部44A 和齿顶部45A是中心为中心点Pl的圆的弧。第二螺杆转子14的双头螺纹部分34的齿廓G22包括齿顶部42B，齿底部43B，齿 底部44B，齿顶部45B，由余摆线形成的第三曲线段46B，第四曲线段47B和曲线段48B、49B。 第三曲线段46B连接齿顶部42B的一端422B(即第三曲线段46B的一端461B)到齿底部 43B的一端。齿顶部42B的另一端421B连接到第四曲线段47B。第四曲线段47B和曲线段 48B、49B是由渐开线和余摆线形成的。齿顶部42B、齿底部43B、齿底部44B和齿顶部45B是 中心为中心点P2的圆的弧。第二螺杆转子14的双头螺纹部分34的齿廓G22与第一螺杆转子13的双头螺纹 部分26的齿廓G21相同。齿廓G21、G22中的齿顶部42A、42B、45A、45B的半径与单头螺纹部分29、37的齿廓 GlU G12中齿顶部A1B1、A2B2的半径基本相等。齿廓G21、G22中的齿底部43A、43B、44A、 44B的半径与单头螺纹部分29、37的齿廓G11、G12中齿底部C1D1、C2D2的半径基本相等。由齿廓G21、G22中的余摆线形成的第三曲线段46A、46B是由与通过齿廓G11、G12 中余摆线形成的第一曲线段A1C1、A2C2相同的方式形成的。第三曲线段46A、46B的轮廓与 由齿廓G11、G12中余摆线形成的第一曲线段A1C1、A2C2的轮廓相同。每一个由渐开线和余摆线形成的第四曲线段47A、47B和曲线段48A、48B、49A、49B 是由与单头螺纹部分29、37的齿廓G11、G12中第二曲线段B1D1、B2D2相同的方式形成的。随着第一和第二螺杆转子13、14的旋转，第三曲线段46B的一端461B沿着第三曲 线段46A掠过，第三曲线段46A的一端461A沿着第三曲线段46B掠过。另外，根据第一和 第二螺杆转子13、14的旋转，第四曲线段47A面对第四曲线段47B，曲线段48A面对曲线段 48B，曲线段49A面对曲线段49B。
由此形成的单头螺纹部分29、37的齿廓Gil、G12和双头螺纹部分26、34的齿廓 G2UG22设置为齿廓G21经由边界面38连接到齿廓G11，并且齿廓G22经由边界面39连接 到齿廓G12。图9A示意性显示了边界面38、39中的双头螺纹部分26、34的齿廓G21、G22和单 头螺纹部分29、37的齿廓G11、G12。在接下来的描述中，符号α 1(彡0)表示边界面38中在中心点Pl周围的角位置 在双头螺纹部分26的齿廓G21的第三曲线段46Α(余摆线)和单头螺纹部分29的齿廓Gll 的第一曲线段AlCl (余摆线)之间的差值。在图9Α的情形下，在边界面38中中心点Pl周 围，第三曲线段46Α的角位置与第一曲线段AlCl的角位置重合，角位置的差值α 1，也就是 说角位差α ，为零。类似地，在接下来的描述中，符号α 2(彡0)表示边界面39中在中心点Ρ2周围的 角位置在双头螺纹部分34的齿廓G22的第三曲线段46Β(余摆线)和单头螺纹部分37的 齿廓G12的第一曲线段A2C2(余摆线)之间的差值。在图9A的情形下，在边界面39中在 中心点P2周围，第三曲线段46B的角位置与第一曲线段A2C2的角位置重合，角位置的差值 α 2，也就是说角位差α 2，为零。在本实施例中，α 1等于α 2，因此角位差α 1、α 2在下文中以符号α 0表示。在图9Α中，符号θ 1表示从齿顶部42Α的一端422Α延伸到中心点Pl的线Lll和 从齿顶部42Α的另一端421Α延伸到中心点Pl的线L12之间的角度。具体地说，符号θ 1表 示经过作为边界面38中在中心点Pl周围的弧的齿顶部42Α的相应端422Α、421Α的线Lll 和L12之间的角度。类似地，符号θ 2表示从齿顶部42Β的一端422Β延伸到中心点Ρ2的 线L21和从齿顶部42Β的另一端421Β延伸到中心点Ρ2的线L22之间的角度。具体地说，符 号θ 2表示经过作为边界面39中在中心点Ρ2周围的弧的齿顶部42Β的相应端422Β、421Β 的线L21和L22之间的角度。在图9Α中，θ 1等于θ 2，因此角度θ 1、θ 2在下文中由符号θ 0表示。图9Β显示出的状态是齿廓Gll已经通过沿与旋转方向W(即螺纹方向δ )相反的 方向旋转αο(< θ ο)从图9Α的位置移开，还显示出的状态是齿廓G12已经通过沿与旋转 方向Z(即螺纹方向O相反的方向旋转α 0(< θ ο)从图9Α的位置移开。图9C显示出的状态是齿廓Gll已经通过沿旋转方向W(即与螺纹方向δ相反的 方向)旋转αο(< θ ο)从图9Α的位置移开，还显示出的状态是齿廓G12已经通过沿旋转 方向Ζ(即与螺纹方向ε相反的方向)旋转α ο(< θ ο)从图9Α的位置移开。在图9Α的情况下，边界面38中的第一曲线段AlCl和边界面39中的第一曲线段 A2C2满足下述条件(1)(1)在边界面38中，第一曲线段AlCl与第三曲线段46Α重合，在边界面39中，第 一曲线段A2C2与第三曲线段46Β重合。在图9Β的情况下，边界面38中的第一曲线段AlCl和边界面39中的第一曲线段 A2C2满足下述条件(2)(2)第一曲线段AlCl沿与第一螺杆转子13的旋转方向W相反的方向(即螺纹方 向S)与第三曲线段46Α在角度上间隔角位差αο，满足角位差αο< Θ1，其中Θ1是边 界面38中从齿顶部42Α的一端422Α延伸到中心点Pl (旋转轴线151)的线Lll和从齿顶部42A的另一端421A延伸到中心点Pl的线L12之间的角度(齿顶部角)。第一曲线段A2C2 沿与第二螺杆转子14的旋转方向Z相反的方向(即螺纹方向O与第三曲线段46B在角 度上间隔角位差α ο，满足角位差α ο < θ 2，其中θ 2是边界面39中从齿顶部42Β的一端 422Β延伸到中心点Ρ2 (旋转轴线161)的线L21和从齿顶部42Β的另一端421Β延伸到中心 点Ρ2的线L22之间的角度(齿顶部角)。如果满足上述条件(1)或(2)，位于边界面38，39上游并邻近边界面38，39的双头 螺纹部分26，34的螺旋槽的体积Vl随着第一和第二螺杆转子13，14的旋转按照图10中曲 线H指示进行变化。在图10中，水平轴线表示第一和第二螺杆转子13、14的角位置，而垂直轴线表示 流体体积。图9A、9B、9C显示出的状态是第一和第二螺杆转子13、14的角位置在图10中为0度。当第一和第二螺杆转子13、14从0度角位置旋转两整圈(0到720度)时，通过曲 线H表示的体积Vl从最大值Vh集中到零而没有增加。如果满足条件(1)，位于边界面38、39下游并邻近边界面38、39的单头螺纹部分 29,37的螺旋槽的体积V2随着第一和第二螺杆转子13、14的旋转按照图10中曲线Q指示 进行变化。当第一和第二螺杆转子13、14从0度角位置旋转两整圈(0到720度)时，通过 曲线Q表示的体积V2逐渐增加然后集中于一预定值，该预定值是远离边界面38、39的单头 螺纹部分29、37的螺旋槽的体积(以下简称为Vq)。另一方面，如果满足条件(2)，随着第 一和第二螺杆转子13、14的旋转，体积V2的变化相对于图10中的曲线Q延迟α 0。也就 是说，体积V2按照在图10中从曲线Q的位置向右移动αο的曲线进行变化。为体积Vl和 V2总和的流体传送体积(V1+V2)按照图10中曲线HQ的指示进行变化。当第一和第二螺杆 转子13、14从0度角位置旋转两整圈(0到720度)时，通过曲线HQ表示的流体传送体积 (V1+V2)集中于曲线Q上的最大体积Vq而没有增加。如果条件(1)和⑵都不能满足，例如，当齿廓Gll已经通过沿旋转方向W(即与 螺纹方向S相反的方向)旋转α0(< θ ο)从图9Α的位置移开时，如图9C所示，流体传 送体积(V1+V2)随着第一和第二螺杆转子13、14的旋转按照图10中的曲线S进行变化。这是因为位于边界面38下游并邻近边界面38的单头螺纹部分29的螺旋槽 在-α ο到0度的范围内没有连接到双头螺纹部分26的螺旋槽。当单头螺纹部分29的螺 旋槽在0度连接到双头螺纹部分26的螺旋槽时，流体传送体积通过连接到双头螺纹部分26 的螺旋槽的单头螺纹部分29的螺旋槽的体积快速增加。图IlA显示出的状态是在边界面38中双头螺纹部分26的齿廓G21的第四曲线段 47Α和单头螺纹部分29的齿廓Gll的第一曲线段AlCl之间存在间隙gl。在这种情况下， 由于存在间隙gl，由邻近边界面38的双头螺纹部分26的螺旋槽24形成的、邻近第三曲线 段46A的两个不同的流体传送空间通过邻近边界面38的单头螺纹部分29的螺旋槽28相 互连接。也就是说，位于第三曲线段46A上游和下游的两个不同的流体传送空间是相连的。图IlB显示出的状态是在边界面39中双头螺纹部分34的齿廓G22的第四曲线段 47B和单头螺纹部分37的齿廓G12的第一曲线段A2C2之间存在间隙g2。在这种情况下， 由于存在间隙g2，由邻近边界面39的双头螺纹部分34的螺旋槽32形成的、邻近第三曲线 段46B的两个不同的流体传送空间通过邻近边界面39的单头螺纹部分37的螺旋槽36相互连接。也就是说，位于第三曲线段46B上游和下游的两个不同的流体传送空间是相连的。这种间隙gl、g2的存在造成流体传送体积的快速增加和减少，如图10中曲线S所 示。另外，即使在满足状态αο< θ ο时，也可根据第四曲线段47Α、47Β的轮廓与多头螺纹 部分中的螺纹数目的结合产生间隙gl、g2。在这种情况下，这种结合限于不会造成这种gl、 g2的一种结合。根据第一实施例的第一和第二螺杆转子13、14提供下列优势。(1)第一曲线段A1C1、A2C2满足条件(1)或(2)。因此，当第一和第二螺杆转子 13、14从0度角位置旋转两整圈(0到720度)时，在图10中通过曲线HQ表示的流体传送 体积(V1+V2)集中于曲线Q上的最大体积Vq而没有增加。也就是说，当第一和第二螺杆转 子13、14从0度角位置旋转两整圈(0到720度)时，邻近边界面38、39的螺旋槽的体积集 中于曲线Q上的最大体积Vq而没有增加。这有助于防止螺杆泵11的无效泵送操作同时保 持螺杆转子13、14的良好旋转平衡并且保证密封性能。(2)当齿廓Gil、G12、G2UG22的尺寸误差很大并且满足条件α 0 = θ 0时，间隙 gl、g2可如图IlA和IlB所示地产生。然而，满足条件α0 < θ 0的本实施例防止了间隙 gl、g2的产生。因此，当第一和第二螺杆转子13、14从0度角位置旋转两整圈(0到720度) 时，流体传送体积(V1+V2)可靠地集中于图10中曲线Q上的最大体积Vq而没有增加。(3)第一和第二螺杆转子13、14中的第二曲线B1D1、B2D2是由复合曲线形成的， 该复合曲线分别由渐开线B1E1、B2E2和第二余摆线E1D1、E2D2形成。这种复合曲线的使用 使第二曲线段B1D1、B2D2缩短，因此使齿顶部A1B1、A2B2和齿底部C1D1、C2D2的圆周长度 增加，由此获得增加的角度β 1、β 2。齿顶部Α1Β1、Α2Β2的这种增加的圆周长度实现波峰 271,351的轴向长度(见图1)沿旋转轴线151，161的增加，因此增加波峰271,351和转子 壳体12的内周表面之间的轴向密封长度。这防止波峰271、351和转子壳体12的内周表面 之间的流体泄漏。上述实施例可以如下举例说明的多种方式进行变化。本发明适用于螺杆转子，具有例如G11、G12的齿廓的单头螺纹部分和具有如图12 所示的齿廓G31、G32的多头螺纹部分或三头螺纹部分。注意到的是齿廓G31、G32与日本已 审专利申请公开No. 63-59031中公开的齿廓大体上相同。齿廓G31、G32包括由余摆线形成 的第三曲线段46A、46B。多头螺纹部分的齿廓G31、G32和单头螺纹部分的齿廓G11、G12满 足如上所述的条件⑴或⑵。第二曲线B1D1、B2D2，第四曲线段47A、47B和曲线段48A、48B、49A、49B可由基于 除渐开线和余摆线之外的圆弧的曲线形成。这本发明适用于包括单头螺纹线部分和多头螺纹部分的螺杆转子，其螺纹数是四 个或更多。
权利要求
一种用于螺杆泵(11)的螺杆转子，该螺杆泵通过一对在转子壳体(12)中相互啮合的螺杆转子(13，14)的旋转泵送流体，该螺杆转子(13，14)包括用于泵吸入侧的多头螺纹部分(26，34)和用于泵排放侧的单头螺纹部分(29，37)，其特征在于，该单头螺纹部分(29，37)在垂直于螺杆转子(13，14)的旋转轴线(151，161)的假想面中具有齿廓(G11，G12)，该单头螺纹部分(29，37)的齿廓(G11，G12)包括齿顶部(A1B1，A2B2)，其围绕旋转轴线(151，161)环形地延伸；齿底部(C1D1，C2D2)，其围绕旋转轴线(151，161)环形地延伸，该齿底部(C1D1、C2D2)的半径小于齿顶部(A1B1，A2B2)的半径；由余摆线形成的第一曲线段(A1C1，A2C2)，该第一曲线段(A1C1，A2C2)将齿顶部(A1B1，A2B2)的一端(A1，A2)连接到齿底部(C1D1，C2D2)的一端(C1，C2)；和第二曲线段(B1D1，B2D2)，其将齿顶部(A1B1，A2B2)的另一端(B1，B2)连接到齿底部(C1D1，C2D2)的另一端(D1，D2)，该多头螺纹部分(26，34)在垂直于螺杆转子(13，14)的旋转轴线(151，161)的假想面中具有齿廓(G21，G22)，该多头螺纹部分(26，34)的齿廓(G21，G22)包括齿顶部(42A，42B)，其围绕旋转轴线(151，161)环形地延伸；齿底部(43A，43B)，其围绕旋转轴线(151，161)环形地延伸，该齿底部(43A，43B)的半径小于齿顶部(42A，42B)的半径；和由余摆线形成的第三曲线段(46A，46B)，该第三曲线段(46A，46B)将齿顶部(42A，42B)的一端(422A，422B)连接到齿底部(43A，43B)的一端，该螺杆转子(13、14)如此形成以致于多头螺纹部分(26，34)的齿廓(G21，G22)通过垂直于螺杆转子(13，14)的旋转轴线(151，161)的边界面(38，39)连接到单头螺纹部分(29，37)的齿廓(G11，G12)，和该第一曲线段(A1C1、A2C2)满足下列条件(1)或(2)(1)第一曲线段(A1C1，A2C2)在边界面(38，39)中与第三曲线段(46A，46B)重合；(2)第一曲线段(A1C1，A2C2)在与螺杆转子(13，14)的旋转方向(W，Z)相反的方向上以角位差α0与第三曲线段(46A，46B)在角度上间隔开，并且满足角位差α0＜θ，其中θ是边界面(38，39)中从多头螺纹部分(26，34)的齿顶部(42A，42B)的一端(422A，422B)延伸到螺杆转子(13，14)的旋转轴线(151，161)的线(L11，L21)和从多头螺纹部分(26，34)的齿顶部(42A，42B)的另一端(421A，421B)延伸到螺杆转子(13，14)的旋转轴线(151，161)的线(L12，L22)之间的齿顶部角。
2.根据权利要求1的螺杆转子，其特征在于多头螺纹部分(26，34)的螺纹数是两个或 三个。
3.一种包括一对如权利要求1或2所述的螺杆转子(13，14)的螺杆泵，其中，该螺杆转 子(13，14)相互在相反的方向上旋转。
4.如权利要求1的螺杆转子，其特征在于该第一曲线段(A1C1，A2C2)的轮廓与该第三 曲线段(46A，46B)的轮廓相同。
5.如权利要求1的螺杆转子，其特征在于该第二曲线段(B1D1，B2D2)是由复合曲线形 成，该复合曲线是由渐开线(B1ELB2E2)和余摆线(E1D1,E2D2)形成。
全文摘要
本发明公开了螺杆转子，其用于螺杆泵，该螺杆泵通过一对在转子壳体中相互啮合的螺杆转子的旋转泵送流体。该螺杆转子包括用于泵吸入侧的多头螺纹部分和用于泵排放侧的单头螺纹部分。该螺杆转子如此形成以致于多头螺纹部分的齿廓通过垂直于螺杆转子的旋转轴线的边界面连接到单头螺纹部分的齿廓上。第一曲线段在边界面中与第三曲线段重合。
文档编号F04C18/16GK101963153SQ20101027796
公开日2011年2月2日 申请日期2010年7月21日 优先权日2009年7月22日
发明者井泽祐弥, 吉川诚, 山本真也, 稻垣雅洋 申请人:株式会社丰田自动织机