螺杆压缩机转子的制作方法

本发明涉及螺杆压缩机领域，尤其涉及螺杆压缩机的转子。

背景技术：

螺杆压缩机包含至少两个相互共轭的螺旋转子于机壳内，在绕各自相应的轴线转动过程中实现啮合。转子的型线特指在垂直于转子回转轴的截面上形成的转子齿具有特定形状特征的平面曲线组合。一般地，转子齿呈凹状，型线的全部或者绝大部分位于转子节圆内的转子称为阴转子；转子齿呈凸状，型线的全部或者绝大部分位于转子节圆外的转子称为阳转子。

在20世纪下半叶，不对称型线已取代对称型线，显著提高螺杆压缩机的容积效率。转子型线的改进，既可以提高压缩机的效率，改善压缩机的可靠性，又可改善转子的加工性能，是各螺杆转子制造商的研究热点和重点。

螺杆转子型线一般由点、直线、摆线、圆弧、椭圆、渐开线、抛物线、双曲线等基本组成曲线和与之共轭的包络线组成。组成曲线可在一个转子上拼接，而后在另一个转子上形成共轭的包络线；也可以在阴、阳转子中分开拼接。

受计算能力限制，早期设计经常使用点一摆线组合作为型线主要构成段。这种一阶曲线虽然计算简单，应用广泛，但是尖点作为整个摆线的产形点，实际运转过程中也须和对应的一阶点摆线相配合，极易磨损，造成泄漏增加，压缩机效率下降。虽然目前仍有专利采用点一摆线组合，但绝大多数的转子采用光滑拼接的方式，通过保证型线一阶连续，来避免形成槽面上的尖点，以实现转子的高效加工和压缩机的稳定运行。尖点的存在，同时会降低加工刀具的工艺性和经济性，是现代设计中尽量避免的。

现有转子型线相关发明的目的大多是提高转子副的效率，通常的手段是增加齿间流通面积，减少接触线长度，减小泄漏三角形面积等。随着高精度转子加工设备的普及，特别是磨削作为转子精加工工艺的广泛采用，对转子型线的设计提出了新的要求。为同时达到提高转子副运行性能和加工性能的目的，因相关研究较少，尚有大量进一步的设计工作需要开展。

技术实现要素：

本发明人经过不断试验发现，肾形线(亦称肾脏线(nephroid)，是广义摆线的一种，但区别于传统意义的一阶点摆线，是一种高阶(三阶)曲线)及其包络线没有一阶摆线副的尖点，从而可以避免点一曲线/曲面啮合；通过合理选取和设计，将其光滑融入整个型线，实现曲面对曲面啮合，从而达到同时提高转子副运行性能和加工性能的目的。本发明基于此理念，积极开发并努力研究，首次引入肾形线作为基本曲线构成部分型线，最终形成了本发明的型线。

本发明所要解决的技术问题是提供一种螺杆压缩机的转子型线，该转子型线在阴、阳转子相互啮合过程中，运转平稳，泄漏少，效率高，并提高转子的加工性能，延长刀具寿命。

本发明提供了一种螺杆压缩机的转子，所述转子包括阴转子和阳转子，所述阴转子和阳转子各以其轴转动时，两转子的齿形相互啮合，其特征在于：

所述阴转子和阳转子的型线由四段、五段或六段曲线光滑连接而成，所述曲线包括椭圆弧、圆弧、肾形线及其包络线，所述各段组成曲线互不干涉，且一阶连续。

在所述阴转子和阳转子的型线由六段曲线光滑连接而成的实施方案中，所述阴转子、阳转子各齿的六段齿曲线组成如下：

所述阴转子的第一段齿形曲线a2b2，为一段半径为r1的圆弧，圆心o3位于阴转子节圆内，与阴转子齿顶圆切于a2点；所述阳转子的第一段齿形曲线a1b1，为阴转子节圆沿阳转子节圆作纯滚动时，由阴转子的第一段齿形曲线a2b2运动所形成轨迹的包络线，与阳转子齿底圆切于a1点；

阳转子的第二段齿形曲线b1c1，为一段肾形线，该肾形线与阳转子第一段齿形曲线a1b1于b1点处光滑连接；阴转子的第二段齿形曲线b2c2，为阳转子节圆沿阴转子节圆作纯滚动时，由阳转子的第二段齿形曲线b1c1运动所形成轨迹的包络线，与阴转子第一段齿形曲线a2b2于b2点处光滑连接；

阴转子的第三段齿形曲线c2d2，为一段半径为r2的圆弧，圆心o5位于阴转子节圆与阳转子节圆的公切点上，与阴转子的第二段齿形曲线b2c2于c2点处光滑连接，且与阴转子齿底圆切于d2点；阳转子的第三段齿形曲线c1d1，为阴转子节圆沿阳转子节圆作纯滚动时，由阴转子的第三段齿形曲线c2d2运动所形成轨迹的包络线，与阳转子的第二段齿形曲线b1c1于c1点处光滑连接，且与阳转子齿顶圆切于d1点；

阳转子的第四段齿形曲线d1e1，为一段半径为r3的圆弧，圆心o6位于直线d1o5上，且位于阳转子节圆外，与阳转子的第三段齿形曲线c1d1于d1点处光滑连接，且与阳转子齿顶圆相切于d1点；阴转子的第四段齿形曲线d2e2，为阳转子节圆沿阴转子节圆作纯滚动时，由阳转子的第四段齿形曲线d1e1运动所形成轨迹的包络线，与阴转子的第三段齿形曲线c2d2于d2点处光滑连接，且与阴转子齿底圆切于d2点；

阴转子的第五段齿形曲线e2f2，为一段椭圆弧，该椭圆弧长短轴分别为p、q，中心o7位于阴转子节圆内，且位于直线o2f2上，f2o7为椭圆弧e2f2的轴线之一，与阴转子的第四段齿形曲线d2e2于e2点处光滑连接，且与阴转子齿顶圆切于f2点；阳转子的第五段齿形曲线e1f1，为阴转子节圆沿阳转子节圆作纯滚动时，由阴转子的第五段齿形曲线e2f2运动所形成轨迹的包络线，与阳转子的第四段齿形曲线d1e1于e1点处光滑连接，且与阳转子齿底圆切于f1点；

阴转子的第六段齿形曲线f2g2，为一段半径为rt2的圆弧，圆心为o2，与阴转子的第五段齿形曲线e2f2于f2点处光滑连接，且与阴转子齿顶圆切于f2、g2点；阳转子的第六段齿形曲线f1g1，为阴转子节圆沿阳转子节圆作纯滚动时，由阴转子的第六段齿形曲线f2g2运动所形成轨迹的包络线，与阳转子的第五段齿形曲线e1f1于f1点处光滑连接，且与阳转子齿底圆切于f1、g1点。

在一个具体的实施方案中，去除阴转子第三段齿形曲线圆弧c2d2，使得点c2和点d2重合，第二段齿形曲线b2c2与第四段齿形曲线d2e2 在点c2(点d2)处光滑相接；同时，去除阳转子第三段齿形曲线圆弧c1d1，使得点c1和点d1重合，第二段齿形曲线b1c1与第四段齿形曲线d1e1在点c1(点d1)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形曲线组成。

在一个具体的实施方案中，在去除阴转子第三段齿形曲线圆弧c2d2和阳转子第三段齿形曲线圆弧c1d1的基础上，去除阴转子第六段齿形曲线圆弧f2g2，使得点f2和点g2重合，第五段齿形曲线e2f2与第一段齿形曲线a2b2在点f2(点g2、点a2)处光滑相接；同时，去除阳转子第六段齿形曲线圆弧f1g1，使得点f1和点g1重合，第五段齿形曲线e1f1与第一段齿形曲线a1b1在点f1(点g1、点a1)处光滑相接；此时，阴转子和阳转子各齿的转子齿形由四段齿形曲线组成。

在一个具体的实施方案中，在保留阴转子第三段齿形曲线圆弧c2d2和阳转子第三段齿形曲线圆弧c1d1的基础上，去除阴转子第六段齿形曲线圆弧f2g2，使得点f2和点g2重合，第五段齿形曲线e2f2与第一段齿形曲线a2b2在点f2(点g2、点a2)处光滑相接；同时，去除阳转子第六段齿形曲线圆弧f1g1，使得点f1和点g1重合，第五段齿形曲线e1f1与第一段齿形曲线a1b1在点f1(点g1、点a1)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形曲线组成。

在一个具体的实施方案中，所述阴转子齿数为z2，阴转子齿数为z1，满足z2-z1＝0或1或2；z1取2至8之间的正整数。

在一个具体的实施方案中，所述型线既可以是单边型线，即阴转子型线在阴转子节圆内，阳转子型线在阳转子节圆外；也可以是双边型线，即阴转子型线分布在阴转子节圆两侧，阳转子型线分布在阳转子节圆两侧。

本发明的有益效果：各齿形曲线光滑过渡，齿形无尖点，阻力损失少，易于形成油膜，转子副泄漏少，效率高。转子加工性能好，可有效减少加工时间，并降低刀具磨损。

应当理解，前述大体的描述和后续详尽的描述均为示例性说明和解释，并不应当用作对本发明所要求保护内容的限制。

以下结合附图进一步说明本发明的技术方案和实施例。

附图说明

参考随附的附图，本发明更多的目的、功能和优点将通过本发明实施方式的如下描述得以阐明，其中：

图1为本发明的型线示意图。图中：下标1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；o1、o2分别为阳转子和阴转子的回转中心；字母a、b、c、d、e、f、g表示组成齿形曲线的端点；rt1、rb1和rj1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；r1、r2、r3分别表示圆弧a2b2、c2d2、d1e1的半径。

图2示出阳转子型线上肾形线段b1c1的放大图。图中虚线图形为完整的肾形线，截取其中一段b1c1，与圆弧包络线a1b1光滑相接于点b1，与圆弧c1d1光滑相接于点c1。

图3示出阴转子型线上椭圆段e2f2的放大图。图中o7为椭圆段e2f2的中心，o7f2为椭圆段e2f2的对称轴之一，长度标为p，与之垂直的另一对称轴长度标为q。

图4示出阴转子型线对阳转子型线的包络。

图5示出阳转子型线对阴转子型线的包络。

图6示出阳转子齿数取5，阴转子齿数取6的转子型线。

图7示出阳转子齿数取5，阴转子齿数取6的转子三维结构图。

图8示出阳转子齿数取4，阴转子齿数取6的转子三维结构图。

图9示出阳转子齿数取6，阴转子齿数取8的转子三维结构图。

具体实施方式

通过参考示范性实施例，本发明的目的和功能以及用于实现这些目的和功能的方法将得以阐明。然而，本发明并不受限于以下所公开的示范性实施例；可以通过不同形式来对其加以实现。说明书的实质仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本发明的具体细节。

在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件，或者相同或类似的步骤。

下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。

本发明所要解决的技术问题是提供一种螺杆压缩机的转子型线，该转子型线在阴、阳转子相互啮合过程中，运转平稳，泄漏少，效率高，并提高转子的加工性能，延长刀具寿命。

为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种螺杆压缩机的转子型线，包括阴转子型线和阳转子型线，各以其轴转动时，两转子的齿形相互啮合；其特征在于：所述阴转子和阳转子的型线由四段、五段或六段曲线光滑连接而成，所述曲线包括椭圆弧、圆弧、肾形线及其包络线，所述各段组成曲线互不干涉，且一阶连续。

在一个具体的实施方案中，其进一步特征在于：所述阴、阳转子各齿的六段齿曲线组成如下：

所述阴转子的第一段齿形曲线a2b2，为一段半径为r1的圆弧，圆心o3位于阴转子节圆内，与阴转子齿顶圆切于a2点；所述阳转子的第一段齿形曲线a1b1，为阴转子节圆沿阳转子节圆作纯滚动时，由阴转子的第一段齿形曲线a2b2运动所形成轨迹的包络线，与阳转子齿底圆切于a1点；

阳转子的第二段齿形曲线b1c1，为一段肾形线，该肾形线与阳转子第一段齿形曲线a1b1于b1点处光滑连接；阴转子的第二段齿形曲线b2c2，为阳转子节圆沿阴转子节圆作纯滚动时，由阳转子的第二段齿形曲线b1c1运动所形成轨迹的包络线，与阴转子第一段齿形曲线a2b2于b2点处光滑连接；

阴转子的第三段齿形曲线c2d2，为一段半径为r2的圆弧，圆心o5位于阴转子节圆与阳转子节圆的公切点上，与阴转子的第二段齿形曲线b2c2于c2点处光滑连接，且与阴转子齿底圆切于d2点；阳转子的第三段齿形曲线c1d1，为阴转子节圆沿阳转子节圆作纯滚动时，由阴转子的第三段齿形曲线c2d2运动所形成轨迹的包络线，与阳转子的第二段齿形曲线b1c1于c1点处光滑连接，且与阳转子齿顶圆切于d1点；

阳转子的第四段齿形曲线d1e1，为一段半径为r3的圆弧，圆心o6位于直线d1o5上，且位于阳转子节圆外，与阳转子的第三段齿形曲线c1d1于d1点处光滑连接，且与阳转子齿顶圆相切于d1点；阴转子的第四段齿形曲线d2e2，为阳转子节圆沿阴转子节圆作纯滚动时，由阳转子的第四段齿形曲线d1e1运动所形成轨迹的包络线，与阴转子的第三段齿形曲线c2d2于d2点处光滑连接，且与阴转子齿底圆切于d2点；

阴转子的第五段齿形曲线e2f2，为一段椭圆弧，该椭圆弧长短轴分别为p、q，中心o7位于阴转子节圆内，且位于直线o2f2上，f2o7为椭圆弧e2f2的轴线之一，与阴转子的第四段齿形曲线d2e2于e2点处光滑连接，且与阴转子齿顶圆切于f2点；阳转子的第五段齿形曲线e1f1，为阴转子节圆沿阳转子节圆作纯滚动时，由阴转子的第五段齿形曲线e2f2运动所形成轨迹的包络线，与阳转子的第四段齿形曲线d1e1于e1点处光滑连接，且与阳转子齿底圆切于f1点；

阴转子的第六段齿形曲线f2g2，为一段半径为rt2的圆弧，圆心为o2，与阴转子的第五段齿形曲线e2f2于f2点处光滑连接，且与阴转子齿顶圆切于f2、g2点；阳转子的第六段齿形曲线f1g1，为阴转子节圆沿阳转子节圆作纯滚动时，由阴转子的第六段齿形曲线f2g2运动所形成轨迹的包络线，与阳转子的第五段齿形曲线e1f1于f1点处光滑连接，且与阳转子齿底圆切于f1、g1点。

在一个具体的实施方案中，去除阴转子第三段齿形曲线圆弧c2d2，使得点c2和点d2重合，第二段齿形曲线b2c2与第四段齿形曲线d2e2在点c2(点d2)处光滑相接；同时，去除阳转子第三段齿形曲线圆弧c1d1，使得点c1和点d1重合，第二段齿形曲线b1c1与第四段齿形曲线d1e1在点c1(点d1)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形曲线组成。

在一个具体的实施方案中，在去除阴转子第三段齿形曲线圆弧c2d2和阳转子第三段齿形曲线圆弧c1d1的基础上，去除阴转子第六段齿形曲线圆弧f2g2，使得点f2和点g2重合，第五段齿形曲线e2f2与第一段齿形曲线a2b2在点f2(点g2、点a2)处光滑相接；同时，去除阳转子第六段齿形曲线圆弧f1g1，使得点f1和点g1重合，第五段齿形曲线e1f1与第一段齿形曲线a1b1在点f1(点g1、点a1)处光滑相接；此时，阴转子和阳转子各齿的转子齿形由四段齿形曲线组成。

在一个具体的实施方案中，在保留阴转子第三段齿形曲线圆弧c2d2和阳转子第三段齿形曲线圆弧c1d1的基础上，去除阴转子第六段齿形曲线圆弧f2g2，使得点f2和点g2重合，第五段齿形曲线e2f2与第一段齿形曲线a2b2在点f2(点g2、点a2)处光滑相接；同时，去除阳转子第六段齿形曲线圆弧f1g1，使得点f1和点g1重合，第五段齿形曲线e1f1 与第一段齿形曲线a1b1在点f1(点g1、点a1)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形曲线组成。

在一个具体的实施方案中，所述阴转子齿数为z2，阴转子齿数为z1，满足z2-z1＝0或1或2；z1取2至8之间的正整数。

所述型线既可以是单边型线，即阴转子型线在阴转子节圆内，阳转子型线在阳转子节圆外；也可以是双边型线，即阴转子型线分布在阴转子节圆两侧，阳转子型线分布在阳转子节圆两侧。

本发明所述的螺杆压缩机转子型线是指螺杆压缩机中相互啮合的阴转子和阳转子的型线，所述阴、阳转子由四至六段齿形曲线光滑连接而成；本文中所述的光滑连接均指相邻两段曲线之间一阶连续，且互不干涉。

请参阅图1，以阳转子回转中心o1为中心，由外至内，分别作出阳转子齿顶圆、节圆、齿底圆，半径分别为rt1、rj1和rb1；以阴转子回转中心o2为中心，由外至内，分别作出阴转子齿顶圆、节圆、齿底圆，半径分别为rt2、rj2和rb2。将阳转子的齿形曲线放置于阳转子齿顶圆与齿底圆之间，将阴转子的齿形曲线放置于阴转子齿顶圆与齿底圆之间。通过模拟阴、阳转子相互啮合，可确定阴、阳转子型线。

实施例一：

阴、阳转子型线分别由六段齿形曲线光滑连接而成。

其中，阴转子的第一段齿形曲线a2b2，为一段半径为r1的圆弧，圆心o3位于阴转子节圆内，与阴转子齿顶圆切于a2点；所述阳转子的第一段齿形曲线a1b1，为阴转子节圆沿阳转子节圆作纯滚动时，由阴转子第一段齿形曲线a2b2运动所形成轨迹的包络线，与阳转子齿底圆切于a1点；

阳转子的第二段齿形曲线b1c1，为一段肾形线，该肾形线与阳转子第一段齿形曲线a1b1于b1点处光滑连接；阴转子的第二段齿形曲线b2c2，为阳转子节圆沿阴转子节圆作纯滚动时，由阳转子的第二段齿形曲线b1c1运动所形成轨迹的包络线，与阴转子第一段齿形曲线a2b2于b2点处光滑连接；

阴转子的第三段齿形曲线c2d2，为一段半径为r2的圆弧，圆心o5位于阴转子节圆与阳转子节圆的公切点上，与阴转子的第二段齿形曲线 b2c2于c2点处光滑连接，且与阴转子齿底圆切于d2点；阳转子的第三段齿形曲线c1d1，为阴转子节圆沿阳转子节圆作纯滚动时，由阴转子的第三段齿形曲线c2d2运动所形成轨迹的包络线，与阳转子的第二段齿形曲线b1c1于c1点处光滑连接，且与阳转子齿顶圆切于d1点；

阳转子的第四段齿形曲线d1e1，为一段半径为r3的圆弧，圆心o6位于直线d1o5上，且位于阳转子节圆外，与阳转子的第三段齿形曲线c1d1于d1点处光滑连接，且与阳转子齿顶圆相切于d1点；阴转子的第四段齿形曲线d2e2，为阳转子节圆沿阴转子节圆作纯滚动时，由阳转子的第四段齿形曲线d1e1运动所形成轨迹的包络线，与阴转子的第三段齿形曲线c2d2于d2点处光滑连接，且与阴转子齿底圆切于d2点；

阴转子的第五段齿形曲线e2f2，为一段椭圆弧，该椭圆弧长短轴分别为p、q，中心o7位于阴转子节圆内，且位于直线o2f2上，f2o7为椭圆弧e2f2的轴线之一，与阴转子的第四段齿形曲线d2e2于e2点处光滑连接，且与阴转子齿顶圆切于f2点；阳转子的第五段齿形曲线e1f1，为阴转子节圆沿阳转子节圆作纯滚动时，由阴转子的第五段齿形曲线e2f2运动所形成轨迹的包络线，与阳转子的第四段齿形曲线d1e1于e1点处光滑连接，且与阳转子齿底圆切于f1点；

阴转子的第六段齿形曲线f2g2，为一段半径为rt2的圆弧，圆心为o2，与阴转子的第五段齿形曲线e2f2于f2点处光滑连接，且与阴转子齿顶圆切于f2、g2点；阳转子的第六段齿形曲线f1g1，为阴转子节圆沿阳转子节圆作纯滚动时，由阴转子的第六段齿形曲线f2g2运动所形成轨迹的包络线，与阳转子的第五段齿形曲线e1f1于f1点处光滑连接，且与阳转子齿底圆切于f1、g1点。

通过上述六段阴转子的齿形曲线和阳转子的齿形曲线可分别形成阴、阳转子的整体型线。

实施例二：

阴、阳转子型线分别由五段齿形曲线光滑连接而成。在实施例一的基础上，去除阴转子第三段齿形曲线圆弧c2d2，使得点c2和点d2重合，第二段齿形曲线b2c2与第四段齿形曲线d2e2在点c2(点d2)处光滑相接；同时，去除阳转子第三段齿形曲线圆弧c1d1，使得点c1和点d1重 合，第二段齿形曲线b1c1与第四段齿形曲线d1e1在点c1(点d1)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形曲线组成。

实施例三：

阴、阳转子型线分别由四段齿形曲线光滑连接而成。在实施例二的基础上，去除阴转子第六段齿形曲线圆弧f2g2，使得点f2和点g2重合，第五段齿形曲线e2f2与第一段齿形曲线a2b2在点f2(点g2、点a2)处光滑相接；同时，去除阳转子第六段齿形曲线圆弧f1g1，使得点f1和点g1重合，第五段齿形曲线e1f1与第一段齿形曲线a1b1在点f1(点g1、点a1)处光滑相接；此时，阴转子和阳转子各齿的转子齿形由四段齿形曲线组成。

实施例四：

阴、阳转子型线分别由五段齿形曲线光滑连接而成。在实施例一的基础上，去除阴转子第六段齿形曲线圆弧f2g2，使得点f2和点g2重合，第五段齿形曲线e2f2与第一段齿形曲线a2b2在点f2(点g2、点a2)处光滑相接；同时，去除阳转子第六段齿形曲线圆弧f1g1，使得点f1和点g1重合，第五段齿形曲线e1f1与第一段齿形曲线a1b1在点f1(点g1、点a1)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形曲线组成。

上述实施例一至实施例四所述的型线既可以是单边型线，即阴转子型线在阴转子节圆内，阳转子型线在阳转子节圆外；也可以是双边型线，即阴转子型线分布在阴转子节圆两侧，阳转子型线分布在阳转子节圆两侧。

上述实施例一至实施例四所述的型线可以采用不同的齿数比。阴转子齿数为z2，阳转子齿数为z1，满足z2-z1＝0或1或2；z1取2至8之间的正整数。

选择阳转子齿数为5，阴转子齿数为6，形成图6、图7所示的实施例五。

选择阳转子齿数为4，阴转子齿数为6，形成图8所示的实施例六。

选择阳转子齿数为6，阴转子齿数为8，形成图9所示的实施例七。

以上所述是本发明具体的若干实施例，并非为限制本发明。由于本发明构造参数众多且选取灵活，不可能列举出所有采用本发明的转子型 线实施例。若依照本发明的构想所作的变化，并非实质性的改进和调整，仍未超出本发明所涵盖的内容，仍应属于本发明的保护范围；例如本发明所述型线生成的螺杆转子应用于膨胀机、真空泵、罗茨鼓风机及混输泵等领域。

所述附图仅为示意性的并且未按比例画出。虽然已经结合优选实施例对本发明进行了描述，但应当理解本发明的保护范围并不局限于这里所描述的实施例。

结合这里披露的本发明的说明和实践，本发明的其他实施例对于本领域技术人员都是易于想到和理解的。说明和实施例仅被认为是示例性的，本发明的真正范围和主旨均由权利要求所限定。