专利名称：螺杆压缩机转子齿形的制作方法
技术领域：
本发明涉及螺杆压缩机领域，尤其是一种螺杆压缩机的转子齿形。
背景技术：
螺杆压缩机以其效率高、结构简单、使用维护方便等优点，成为容积式增压设备的主流机种，广泛应用于气动、制冷、空调及各种工艺流程领域。一对相互啮合的螺杆转子是螺杆压缩机的核心，转子齿形决定了压缩机的性能。转子齿形的改进是改善压缩机性能，提高生产效率，拓宽螺杆压缩机应用领域的主要动力。转子齿形通常由不同曲线组合而成，如摆线、直线、圆弧、椭圆弧、渐开线、双曲线、 抛物线等。由于设计目标各不相同，各种曲线拼接组成了数量众多的转子齿形，其特征各异。现有技术存在的共同缺点是转子齿形加工性能不佳，实际工作时，转子啮合差，噪声大，振动强，效率低，从而影响转子使用寿命和压缩机性能。
发明内容
本申请人针对上述现有生产中这些缺点，提供一种工艺性好、效率高的螺杆压缩机的转子齿形，该转子齿形保证转子齿形光滑连续，转子刚度高，便于采用磨削加工，刀具磨损小，加工效率和加工精度高；在转子运转时，转子间实现曲面密封，利于形成流体动力润滑，运转平稳，振动小；转子间各向泄漏小，噪声低，可靠性和效率高。本发明所采用的技术方案如下
一种螺杆压缩机转子齿形，包括阴转子齿形和阳转子齿形；所述阴转子和阳转子的各齿形均由五段、六段或七段曲线光滑连接而成，所述曲线包括椭圆弧、圆弧及其包络线，所述各段组成曲线之间一阶连续，且互不干涉。其进一步特征在于所述阴转子和阳转子各齿的七段齿曲线组成如下
所述阴转子的第一段齿曲线A2B2，是一段半径为Γι的圆弧，圆心在阴转子节圆内，与半径为rt2的阴转子齿顶圆相切于A2点；所述阳转子的第一段齿曲线A1B1，为阴转子节圆沿阳转子节圆作纯滚动时，由阴转子第一段齿曲线A2B2运动所形成轨迹的包络线，齿曲线A1B1与半径为rbl的阳转子齿底圆相切于A1点；
阳转子的第二段齿曲线B1C1，是一段半径为r2的圆弧，圆心在阳转子节圆外，与半径为 rtl的阳转子齿顶圆相切于仏点，并在B1点处与第一段齿曲线A1B1光滑相接；阴转子的第二段齿曲线B2C2，为阳转子节圆沿阴转子节圆作纯滚动时，由阳转子第二段曲线B1C1运动所形成轨迹的包络线，与半径为rbl的阴转子齿底圆相切于C2点，并在B2点处与第一段齿曲线 A2B2光滑相接；
阴转子的第三段齿曲线C2D2，是一段以阴转子回转中心O2为圆心，以阴转子齿底圆半径rb2为半径的圆弧，在C2点处与第二段齿曲线B2C2光滑相接；阳转子的第三段齿曲线(101， 是一段以阳转子回转中心O1为圆心，以阳转子齿顶圆半径rtl为半径的圆弧，在C1A处与第二段齿曲线B1C1光滑相接；阴转子的第四段齿曲线D2E2,是一段椭圆弧，以D2O1为对称轴，与半径为rbl的阴转子齿底圆相切于D2点，并在D2点处与第三段齿曲线C2D2光滑相接；阳转子的第四段齿曲线D1E1, 为阴转子节圆沿阳转子节圆作纯滚动时，由阴转子第四段齿曲线D2E2运动所形成轨迹的包络线，齿曲线D1E1与半径为rtl的阳转子齿顶圆相切于D1点，并在D1点处与第三段齿曲线 C1D1光滑相接；
阴转子的第五段齿曲线E2F2,是一段半径为r3的圆弧，在E2点处与第四段齿曲线D2E2 光滑相接；阴转子的第五段齿曲线E1F1，为阴转子节圆沿阳转子节圆作纯滚动时，由阴转子第五段齿曲线E2F2运动所形成轨迹的包络线，在E1点处与第四段齿曲线D1E1光滑相接；
阴转子的第六段齿曲线F2G2，是一段半径为r4的圆弧，与半径为rt2的阴转子齿顶圆相切于G2点，并在F2点处与第五段齿曲线E2F2光滑相接；阳转子的第六段曲线F1G1，为阴转子节圆沿阳转子节圆作纯滚动时，由阴转子第六段齿曲线F2G2运动所形成轨迹的包络线，与半径为rbl的阳转子齿底圆相切于G1点，并在F1点处与第五段齿曲线E1F1光滑相接；
阴转子的第七段齿曲线G2H2，是一段以阴转子回转中心O2为圆心，以阴转子齿顶圆半径rt2为半径的圆弧，在G2点处与第六段齿曲线F2G2光滑相接；阳转子的第七段齿曲线6况， 是一段以阳转子回转中心O1为圆心，以阳转子齿底圆半径rbl为半径的圆弧，在G1点处与第六段齿曲线F1G1光滑相接。去除阴转子第三段齿曲线圆弧C2D2，使得点C2和D2重合，第二段齿曲线B2C2与第四段齿曲线D2E2在点C2 (D2)处光滑相接；同时，去除阳转子第三段齿曲线圆弧C1D1,点C1 和D1重合，第二段齿曲线B1C1与第四段齿曲线D1E1在点C1 (D1)处光滑相接；此时，阴转子和阳转子各齿的转子齿形由六段齿曲线组成。去除阴转子第七段齿曲线圆弧G2H2，使得点G2和H2重合，第六段齿曲线F2G2与第一段齿曲线A2B2在点G2 (H2, A2)处光滑相接；同时，去除阳转子第七段齿曲线圆弧G1H1,点 G1和H1重合，第六段齿曲线F1G1与第一段齿曲线A1B1在点G1 (HpA1)处光滑相接；此时，阴转子和阳转子各齿的转子齿形由五段齿曲线组成。去除阴转子第七段齿曲线圆弧G2H2，使得点G2和H2重合，第六段齿曲线F2G2与第一段齿曲线A2B2在点G2 (H2, A2)处光滑相接；同时，去除阳转子第七段齿曲线圆弧G1H1,点 G1和H1重合，第六段齿曲线F1G1与第一段齿曲线A1B1在点G1 (HpA1)处光滑相接；此时，转子齿形由六段齿曲线组成。所述阴转子齿数为Z2,阳转子齿数为Z1,满足Z2-Z1=O或I或2 ;Zi取2至8之间的自然数。所述齿形既可以是单边齿形，即阴转子齿曲线在阴转子节圆内，阳转子齿曲线在阳转子节圆外，也可以是双边齿形，即阴转子齿曲线分布在阴转子节圆两侧，阳转子齿曲线分布在阳转子节圆两侧。阴转子齿曲线圆弧A2B2的半径A满足IVrtl=(H). I，优选为IVrtl=(H). 05 ;阴转子齿曲线圆弧B1C1的半径r2满足r2/rtl=(T0. 2，优选为r2/rtl=0. 03、. I ;阴转子齿曲线椭圆弧D2E2的长短轴半径比为广3，优选为1.6 2 ;阴转子齿曲线圆弧E2F2的半径r3满足r3/ rtl=(T0. 6，优选为r3/rtl=0. 2 O. 4 ;阴转子齿曲线圆弧F2G2的半径r4满足r4/rtl=(T0. 2，优选为 r4/rtl=(T0. 06。本发明的有益效果如下本发明所述的转子齿形光滑连续，转子刚度高，便于采用磨削加工，刀具磨损小，加工效率和加工精度高。在转子运转时，转子间实现曲面密封，利于形成流体动力润滑，运转平稳，振动小。转子间各向泄漏小，噪声低，可靠性和效率高。
图I为本发明的结构示意图。图中下标I表示该点是阳转子上的点，下标2表示该点是阴转子上的点；()” O2 分别为阳转子和阴转子的轴心；图中的字母A、B、C、D、E、F、G、H表示组成齿曲线的分界点； rti、rbi和rji分别表示阳转子的齿顶圆半径、齿底圆半径和节圆半径，rt2、rb2和rj2分别表示阴转子的齿顶圆半径、齿底圆半径和节圆半径；ri、r2、r3、r4是阴转子上组成齿曲线圆弧段的半径。图2为本发明的实施例五，阴转子齿数为6，阳转子齿数为5。图3为本发明的实施例六，阴转子齿数为6，阳转子齿数为4。图4为本发明的实施例七，阴转子齿数为5，阳转子齿数为4。
具体实施例方式下面结合附图，说明本发明的具体实施方式
。本发明所述的螺杆压缩机转子齿形是指螺杆压缩机中阴转子和阳转子的齿形，阴转子和阳转子相互啮合，所述阴、阳转子齿形由五至七段齿曲线光滑连接而成；下文中所描述的光滑连接均指前后两段曲线之间一阶连续，且互不干涉。如图I所示，以阴转子轴心O2为中心，由内向外画出半径为rb2的阴转子齿底圆， 半径为h_2的阴转子节圆，半径为rt2的阴转子齿顶圆；以阳转子轴心O1为中心，由内向外画出半径为rbl的阳转子齿底圆，半径为b的阳转子节圆，半径为rtl的阳转子齿顶圆。将阴转子的齿形曲线放置在阴转子齿顶圆与齿底圆之间，将阳转子的齿形曲线放置在阳转子齿顶圆和齿底圆之间。实施例一
阴、阳转子齿形各自由七段齿曲线光滑连接而成。其中，阴转子的第一段齿曲线A2B2,是一段半径为Γι的圆弧，圆心在阴转子节圆内，与半径为rt2的阴转子齿顶圆相切于A2点；所述阳转子的第一段齿曲线A1B1，为阴转子节圆沿阳转子节圆作纯滚动时，由阴转子第一段齿曲线A2B2运动所形成轨迹的包络线，齿曲线A1B1与半径为rbl的阳转子齿底圆相切于A1点。阳转子的第二段齿曲线B1C1，是一段半径为1*2的圆弧，圆心在阳转子节圆外，与半径为rtl的阳转子齿顶圆相切于C1点，并在B1点处与第一段齿曲线A1B1光滑相接；阴转子的第二段齿曲线B2C2，为阳转子节圆沿阴转子节圆作纯滚动时，由阳转子第二段曲线B1C1运动所形成轨迹的包络线，与半径为rbl的阴转子齿底圆相切于C2点，并在B2点处与第一段齿曲线A2B2光滑相接。阴转子的第三段齿曲线C2D2，是一段以阴转子回转中心O2为圆心，以阴转子齿底圆半径rb2为半径的圆弧，在C2点处与第二段齿曲线B2C2光滑相接；阳转子的第三段齿曲线 C1D1，是一段以阳转子回转中心O1为圆心，以阳转子齿顶圆半径rtl为半径的圆弧，在C1点处与第二段齿曲线B1C1光滑相接；
阴转子的第四段齿曲线D2E2,是一段椭圆弧，以D2O1为对称轴，与半径为rbl的阴转子齿底圆相切于D2点，并在D2点处与第三段齿曲线C2D2光滑相接；阳转子的第四段齿曲线D1E1, 为阴转子节圆沿阳转子节圆作纯滚动时，由阴转子第四段齿曲线D2E2运动所形成轨迹的包络线，齿曲线D1E1与半径为rtl的阳转子齿顶圆相切于D1点，并在D1点处与第三段齿曲线 C1D1光滑相接。阴转子的第五段齿曲线E2F2，是一段半径为r3的圆弧，在E2点处与第四段齿曲线 D2E2光滑相接；阴转子的第五段齿曲线E1F1，为阴转子节圆沿阳转子节圆作纯滚动时，由阴转子第五段齿曲线E2F2运动所形成轨迹的包络线，在E1点处与第四段齿曲线D1E1光滑相接。阴转子的第六段齿曲线F2G2，是一段半径为r4的圆弧，与半径为rt2的阴转子齿顶圆相切于G2点，并在F2点处与第五段齿曲线E2F2光滑相接；阳转子的第六段曲线F1G1,为阴转子节圆沿阳转子节圆作纯滚动时，由阴转子第六段齿曲线F2G2运动所形成轨迹的包络线，与半径为rbl的阳转子齿底圆相切于G1点，并在F1点处与第五段齿曲线E1F1光滑相接。阴转子的第七段齿曲线G2H2，是一段以阴转子回转中心O2为圆心，以阴转子齿顶圆半径rt2为半径的圆弧，在G2点处与第六段齿曲线F2G2光滑相接；阳转子的第七段齿曲线 G1H1，是一段以阳转子回转中心O1为圆心，以阳转子齿底圆半径rbl为半径的圆弧，在G1点处与第六段齿曲线F1G1光滑相接。上述齿形中阴转子齿曲线圆弧A2B2的半径r i满足r Zrt ^(TO. I，特别是在r / rtl=(T0. 05时性能最好；阴转子齿曲线圆弧B1C1的半径r2满足r2/rtl=(T0. 2，特别是在r2/ rtl=0. 03、. I时性能最好；阴转子齿曲线椭圆弧D2E2的长短轴半径比在f 3之间，特别是在 I. 6^2之间时性能最好；阴转子齿曲线圆弧E2F2的半径r3满足r3/rtl=(T0. 6，特别是在r3/ rtl=0. 2^0. 4时性能最好；阴转子齿曲线圆弧F2G2的半径r4满足r4/rtl=(T0. 2，特别是在r4/ rtl=0 0· 06时性能最好。通过上述七段阴转子齿曲线和阳转子齿曲线的相互啮合形成阴转子、阳转子的整体齿形。实施例二
阴、阳转子齿形由六段齿曲线光滑连接而成。在实施例I的基础上去除阴转子第三段齿曲线圆弧C2D2，使得点C2和D2重合，第二段齿曲线B2C2与第四段齿曲线D2E2在点C2 (D2) 处光滑相接；同时，去除阳转子第三段齿曲线圆弧C1D1,点C1和D1重合，第二段齿曲线B1C1 与第四段齿曲线D1E1在点C1 (D1)处光滑相接。实施例三
阴、阳转子齿形由五段齿曲线光滑连接而成。在实施例2的基础上去除阴转子第七段齿曲线圆弧G2H2，使得点G2和H2重合，第六段齿曲线F2G2与第一段齿曲线A2B2在点G2 (H2, A2)处光滑相接；同时，去除阳转子第七段齿曲线圆弧G1H1,点G1和H1重合，第六段齿曲线 F1G1与第一段齿曲线A1B1在点G1 (HpA1)处光滑相接。实施例四
阴、阳转子齿形由六段齿曲线光滑连接而成。在实施例I的基础上去除阴转子第七段齿曲线圆弧G2H2，使得点G2和H2重合，第六段齿曲线F2G2与第一段齿曲线A2B2在点G2 (H2, A2)处光滑相接；同时，去除阳转子第七段齿曲线圆弧G1H1,点G1和H1重合，第六段齿曲线F1G1与第一段齿曲线A1B1在点G1 (HpA1)处光滑相接。上述实施例一至实施例四所述的齿形既可以是单边齿形，即阴转子齿曲线在阴转子节圆内，阳转子齿曲线在阳转子节圆外，也可以是双边齿形，即阴转子齿曲线分布在阴转子节圆两侧，阳转子齿曲线分布在阳转子节圆两侧。上述实施例一至实施例四所述齿形可采用不同的齿数比。阴转子齿数为Z2,阳转子齿数为Z1，满足Z2-Z1=O或I或2 ;Zi取2至8的自然数。选择阴转子齿数为6，阳转子齿数为5，则形成如图2所示的实施例五。选择阴转子齿数为6，阳转子齿数为4，则形成如图3所示的实施例六。选择阴转子齿数为5，阳转子齿数为4，则形成如图4所示的实施例七。本发明所述的螺杆压缩机，其核心部件的螺杆阴转子和阳转子的齿形采用上述转子齿形，阴转子和阳转子相互啮合，实现对气体的压缩工作。以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在不违背本发明精神的情况下，本发明可以作任何形式的修改；例如上述齿形组成的转子亦可应用于膨胀机、罗茨、真空泵及螺杆输送泵等领域。
权利要求
1.一种螺杆压缩机转子齿形，包括阴转子齿形和阳转子齿形；其特征在于所述阴转子和阳转子的各齿形均由五段、六段或七段曲线光滑连接而成，所述曲线包括椭圆弧、圆弧及其包络线，所述各段组成曲线之间一阶连续，且互不干涉。
2.按照权利要求I所述的螺杆压缩机转子齿形，其特征在于所述阴转子和阳转子各齿的七段齿曲线组成如下所述阴转子的第一段齿曲线A2B2，是一段半径为Γι的圆弧，圆心在阴转子节圆内，与半径为rt2的阴转子齿顶圆相切于A2点；所述阳转子的第一段齿曲线A1B1，为阴转子节圆沿阳转子节圆作纯滚动时，由阴转子第一段齿曲线A2B2运动所形成轨迹的包络线，齿曲线A1B1与半径为rbl的阳转子齿底圆相切于A1点；阳转子的第二段齿曲线B1C1，是一段半径为r2的圆弧，圆心在阳转子节圆外，与半径为 rtl的阳转子齿顶圆相切于仏点，并在B1点处与第一段齿曲线A1B1光滑相接；阴转子的第二段齿曲线B2C2，为阳转子节圆沿阴转子节圆作纯滚动时，由阳转子第二段曲线B1C1运动所形成轨迹的包络线，与半径为rbl的阴转子齿底圆相切于C2点，并在B2点处与第一段齿曲线 A2B2光滑相接；阴转子的第三段齿曲线C2D2，是一段以阴转子回转中心O2为圆心，以阴转子齿底圆半径rb2为半径的圆弧，在C2点处与第二段齿曲线B2C2光滑相接；阳转子的第三段齿曲线(101， 是一段以阳转子回转中心O1为圆心，以阳转子齿顶圆半径rtl为半径的圆弧，在C1A处与第二段齿曲线B1C1光滑相接；阴转子的第四段齿曲线D2E2,是一段椭圆弧，以D2O1为对称轴，与半径为rbl的阴转子齿底圆相切于D2点，并在D2点处与第三段齿曲线C2D2光滑相接；阳转子的第四段齿曲线D1E1, 为阴转子节圆沿阳转子节圆作纯滚动时，由阴转子第四段齿曲线D2E2运动所形成轨迹的包络线，齿曲线D1E1与半径为rtl的阳转子齿顶圆相切于D1点，并在D1点处与第三段齿曲线 C1D1光滑相接；阴转子的第五段齿曲线E2F2,是一段半径为r3的圆弧，在E2点处与第四段齿曲线D2E2 光滑相接；阴转子的第五段齿曲线E1F1，为阴转子节圆沿阳转子节圆作纯滚动时，由阴转子第五段齿曲线E2F2运动所形成轨迹的包络线，在E1点处与第四段齿曲线D1E1光滑相接；阴转子的第六段齿曲线F2G2，是一段半径为r4的圆弧，与半径为rt2的阴转子齿顶圆相切于G2点，并在F2点处与第五段齿曲线E2F2光滑相接；阳转子的第六段曲线F1G1，为阴转子节圆沿阳转子节圆作纯滚动时，由阴转子第六段齿曲线F2G2运动所形成轨迹的包络线，与半径为rbl的阳转子齿底圆相切于G1点，并在F1点处与第五段齿曲线E1F1光滑相接；阴转子的第七段齿曲线G2H2，是一段以阴转子回转中心O2为圆心，以阴转子齿顶圆半径rt2为半径的圆弧，在G2点处与第六段齿曲线F2G2光滑相接；阳转子的第七段齿曲线6况， 是一段以阳转子回转中心O1为圆心，以阳转子齿底圆半径rbl为半径的圆弧，在G1点处与第六段齿曲线F1G1光滑相接。
3.按照权利要求2所述的螺杆压缩机转子齿形，其特征在于去除阴转子第三段齿曲线圆弧C2D2，使得点C2和D2重合，第二段齿曲线B2C2与第四段齿曲线D2E2在点C2 (D2)处光滑相接；同时，去除阳转子第三段齿曲线圆弧C1D1，点C1和D1重合，第二段齿曲线B1C1与第四段齿曲线D1E1在点C1 (D1)处光滑相接；此时，阴转子和阳转子各齿的转子齿形由六段齿曲线组成。
4.按照权利要求3所述的螺杆压缩机转子齿形，其特征在于去除阴转子第七段齿曲线圆弧G2H2，使得点G2和H2重合，第六段齿曲线F2G2与第一段齿曲线A2B2在点G2 (H2, A2) 处光滑相接；同时，去除阳转子第七段齿曲线圆弧G1H1,点G1和H1重合，第六段齿曲线F1G1 与第一段齿曲线A1B1在点G1 (HpA1)处光滑相接；此时，阴转子和阳转子各齿的转子齿形由五段齿曲线组成。
5.按照权利要求2所述的螺杆压缩机转子齿形，其特征在于去除阴转子第七段齿曲线圆弧G2H2，使得点G2和H2重合，第六段齿曲线F2G2与第一段齿曲线A2B2在点G2 (H2, A2) 处光滑相接；同时，去除阳转子第七段齿曲线圆弧G1H1,点G1和H1重合，第六段齿曲线F1G1 与第一段齿曲线A1B1在点G1 (HpA1)处光滑相接；此时，转子齿形由六段齿曲线组成。
6.按照权利要求2至5所述的螺杆压缩机的转子齿形，其特征在于所述阴转子齿数为Z2,阳转子齿数为Z1，满足Z2-Z1=O或I或2 J1取2至8之间的自然数。
7.按照权利要求2至5所述的螺杆压缩机的转子齿形，其特征在于所述齿形既可以是单边齿形，即阴转子齿曲线在阴转子节圆内，阳转子齿曲线在阳转子节圆外，也可以是双边齿形，即阴转子齿曲线分布在阴转子节圆两侧，阳转子齿曲线分布在阳转子节圆两侧。
8.按照权利要求2至5所述的螺杆压缩机的转子齿形，其特征在于阴转子齿曲线圆弧A2B2的半径η满足IVrtl=(H). I，优选为IVrtl=(H). 05 ;阴转子齿曲线圆弧B1C1的半径r2满足r2/rtl=(T0. 2，优选为r2/rtl=0. 03、. I ;阴转子齿曲线椭圆弧D2E2的长短轴半径比为广3，优选为I. 6^2 ；阴转子齿曲线圆弧E2F2的半径r3满足r3/rtl=(T0. 6，优选为r3/ rtl=0. 2 O. 4 ;阴转子齿曲线圆弧F2G2的半径r4满足r4/rtl=(T0. 2，优选为r4/rtl=(T0. 06。
全文摘要
本发明公开了一种螺杆压缩机转子齿形，包括阳转子齿形和阴转子齿形；所述阴转子和阳转子齿形由五至七段曲线光滑连接而成，所述曲线包括椭圆弧、圆弧及其包络线，形成四种不同的组合方案。转子齿形光滑连续，转子刚度高，便于采用磨削加工，刀具磨损小，加工效率和加工精度高；在转子运转时，转子间实现曲面密封，利于形成流体动力润滑，运转平稳，振动小；转子间各向泄漏小，噪声低，可靠性和效率高。
文档编号F04C29/00GK102606477SQ20121008735
公开日2012年7月25日 申请日期2012年3月29日 优先权日2012年3月29日
发明者何建人, 潘文伟, 邱建平 申请人:无锡五洋赛德压缩机有限公司