一种锥形螺杆转子及其双螺杆真空泵的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种锥形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，压缩段为变螺距且变截面型线的锥形螺杆转子；主螺杆转子Ⅰ和从螺杆转子Ⅱ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Ⅱ能够实现正确啮合；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，最大程度地提高螺杆转子的内容积比；因此该螺杆转子具有内容积比大、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】
-种锥形螺杆转子及其双螺杆真空累
技术领域
[0001] 本发明设及干式双螺杆真空累，特别设及适用于干式双螺杆真空累的一种锥形螺 杆转子及其双螺杆真空累。
【背景技术】
[0002] 干式双螺杆真空累是一种容积式真空累，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 真空累的核屯、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累的 抽速和极限真空度。
[0003] 专利(CN101351646A)公开了一种锥形螺杆转子，为了提高螺杆转子的内容积比， 在低压侧端面，螺杆转子的外径较大，在高压侧端面，螺杆转子的外径较小，能够在较短的 轴向尺寸内实现很大的内容积比;上述专利所提出的螺杆转子没有实现吸气容积最大和排 气容积最小，即没有最大程度的提高螺杆转子的内容积比和抽速。
【发明内容】
[0004] 本发明提出一种锥形螺杆转子及其双螺杆真空累。
[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，最大程度地提高螺杆转 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] -种锥形螺杆转子，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Pa大于排气段的螺距Pb，吸气段的截面型线a中的齿顶圆 弧BC的半径Ria大于排气段的截面型线b中的齿顶圆弧BC的半径Rib，吸气段的截面型线a中 的齿根圆弧DE的半径R3a小于排气段的截面型线b中的齿根圆弧DE的半径R3b;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的锥形螺杆转子;截面型线随 螺旋展开角τ由0至τ。连续变化。
[0007] 主螺杆转子I和从螺杆转子Π 都是一种锥形螺杆转子，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 能够实现正确晒合。
[000引一种锥形螺杆转子，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Pi(T)=Pa，吸气段的轴向距离出(τ)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 《Tc; 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]
[0014] 其中，Pb为终止螺距，mm，且Pa〉Pb;压缩段的轴向距离出(τ)的变化规律为：
[0015]
[0016] 排气段为等螺距，其螺距P3(T)=Pb，排气段的轴向距离出(τ)的变化规律为：
[0017]
[0018] 吸气段的轴向距离化（τ)与压缩段的轴向距离此（τ)在螺旋展开角T = Ta时光滑连 接，压缩段的轴向距离此（τ)与排气段的轴向距离曲（τ)在螺旋展开角T = Tb时光滑连接;吸 气段的螺距Ρι(τ)与压缩段的螺距Ρ2(τ)在螺旋展开角T = Ta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τ =~时光滑连接。
[0019] -种锥形螺杆转子，其截面型线随螺旋展开角τ由0至τ。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和第二摆线ΕΑ;对于任意的螺旋展开角τ，齿顶圆弧 BC的半径Ri、节圆半径R2、齿根圆弧DE的半径R3和圆渐开线ΑΒ的基圆半径化，均满足Ri+R3 = 2R2且R3 =化，节圆半径R2不随螺旋展开角τ改变而改变，截面型线中齿顶圆弧BC的半径Ri随 螺旋展开角τ的变化规律为Ri (τ)，公式如下：
[0023] -种双螺杆真空累，使用本发明所提出的一种锥形螺杆转子。
[0024] 本发明的有益效果为：
[0025] 所提出的一种锥形螺杆转子，采用Ξ段式设计，吸气段和排气段都为等螺距且等 截面型线，最大程度地增大吸气容积、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的锥形螺杆转子，通过减小螺杆转子的齿顶圆弧半径 和螺距的方式，最大程度地提高螺杆转子的内容积比；具有如下优点：
[0026] 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；
[0027] ②吸气段的齿顶圆弧半径大于排气段的齿顶圆弧半径，吸气段的螺距大于排气段 的螺距，能够形成较小的排气容积，具有更大的内容积比；
[0028] ③该螺杆转子轴向尺寸短，结构紧凑；
[0029] ④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】
[0030] 图1为锥形螺杆转子的截面型线和轴向距离图。
[0031] 图2为锥形螺杆转子的轴向距离Η(τ)和螺距ρ(τ)的变化规律图。
[0032] 图3为锥形螺杆转子的截面型线图。
[0033] 图4为锥形螺杆转子的截面型线随螺旋展开角τ的变化图。
[0034] 图5为主螺杆转子I图。
[0035] 图6为从螺杆转子Π 图。
[0036] 图7为主螺杆转子I和从螺杆转子Π 的晒合图。
[0037] 图中：Li、L2、L3-螺杆转子的吸气段、压缩段、排气段；T、Ta、Tb、Tc-螺旋展开角;Η (τ)-螺杆转子的轴向距离;出（τ)、此（τ)、曲（τ)-吸气段、压缩段、排气段的轴向距离;Pi (τ)、Ρ2(τ)、Ρ3(τ)-吸气段、压缩段、排气段的螺距;Pa-初始螺距;Pb-终止螺距;a-吸气 段的截面型线;b-排气段的截面型线;Ri-齿顶圆弧BC的半径;R2-节圆半径;R3-齿根圆 弧DE的半径;姑一圆渐开线AB的基圆半径;Ria、Rib-吸气段的截面型线、排气段的截面型线 中的齿顶圆弧BC的半径;Ric、Rid、Rie-不同螺旋展开角τ对应的截面型线中的齿顶圆弧BC的 半径;R3a、R3b-吸气段的截面型线a、排气段的截面型线b中的齿根圆弧DE的半径;R3c、R3d、 R3e-不同螺旋展开角τ对应的截面型线中的齿根圆弧DE的半径；I-主螺杆转子;Liiai2、 b3-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-主齿尖螺旋 线;5-主凹齿面;6-主齿根面;7-主摆线齿面；1 f -从斜齿面;2 f -从齿背螺旋线;3 f -从 齿顶面;4 从齿尖螺旋线;5 从凹齿面;6 从齿根面;7 从摆线齿面;k-锥度。
【具体实施方式】
[0038] 下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
[0039] 如图1所示，为锥形螺杆转子的截面型线和轴向距离图，锥形螺杆转子由吸气段 Li、压缩段L2和排气段L3组成，吸气段^、压缩段L2和排气段L3的螺旋展开角τ的范围分别为0 《Ta、τ《~和τ《τ。;吸气段^和排气段L3为等螺距，吸气段^和排气段L3之间采 用压缩段L2进行过渡，压缩段L2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：
[0040]
[0041] 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。;轴向距离Η( τ)和螺距Ρ( τ)满足如下公式：
[0042]
[0043] 轴向距离Η(τ)和螺距Ρ(τ)在T = Ta时和τ =~时光滑连接，需要满足的条件如下：
[0044]
[0045] 如图2所示，为锥形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；锥形螺 杆转子的吸气段^为等螺距，其螺距Pi(T)=Pa，吸气段的轴向距离化(τ)的变化规律如下：
[0046]
[0047] 其中Ja为初始螺距，mm;
[004引压缩段L2为变螺距，其螺距P2 (τ)的变化规律如下：
[0049]
[0050] 其中，Pb为终止螺距，mm;压缩段的轴向距离出(τ)的变化规律如下：
[0化1 ]
[00对排气段L3为等螺距，其螺距口3(1)=口川3〉扣，排气段的轴向距离曲（1)的变化规律 如下：
[0化3]
[0054] 如图2(a)所示，吸气段的轴向距离化（τ)与压缩段的轴向距离此(τ)在螺旋展开角τ =Ta时光滑连接，压缩段的轴向距离出（τ)与排气段的轴向距离出（τ)在螺旋展开角τ =~时 光滑连接;如图2(b)所示，吸气段的螺距Ρι(τ)与压缩段的螺距Ρ2(τ)在螺旋展开角T = Ta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τ =~时光滑连接。
[0055] 如图3所示，为锥形螺杆转子的截面型线图；锥形螺杆转子的截面型线随螺旋展开 角τ由0至τ。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。
[0056] 如图1所示，为锥形螺杆转子的截面型线和轴向距离图；锥形螺杆转子的截面型线 随螺旋展开角τ由0至Tc连续变化，吸气段^和排气段L3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，压缩段L2的截面型线随螺旋展开角τ连续变化，当T = Ta时， 截面型线为吸气段的截面型线曰，螺旋展开角τ由Ta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;对于任意的螺旋展开角τ，齿顶圆弧BC的半径Ri、节圆半 径R2、齿根圆弧DE的半径R3和圆渐开线AB的基圆半径姑，均满足Ri+R3 = 2R2且R3 = Rb，节圆半 径R2不随螺旋展开角τ改变而改变，截面型线中齿顶圆弧BC的半径Ri随螺旋展开角τ的变化 规律为Ri(T)，公式如下：
[0化7]
[005引其中，Ria为吸气段的截面型线a中的齿顶圆弧BC的半径，mm;Rib为排气段的截面型 线b中的齿顶圆弧BC的半径，mm，且Ria〉Rib。
[0059] 如图4所示，为锥形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^的截面型线，螺旋展开角τ由0逐渐增加至Ta，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L2的截面型线，相邻截面型线之间的螺旋展开角τ增加 0.53Τ，随着螺旋展开角τ由Ta逐渐增加至Tb，齿顶圆弧BC的半径由Rla逐渐减小至Rlb，即Rla〉 尺1。〉虹<1〉1?^〉虹6，齿根圆弧06的半径由1?33逐渐增大至1?36，旨阳33沖3。沖3<1<1?36沖36，节圆半径尺2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 化)为排气段L3的截面型线，螺旋展开角τ由~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。
[0060] 如图5所示，为主螺杆转子I图，主螺杆转子I是一种锥形螺杆转子;包括：吸气段 Lii、压缩段Li2和排气段Li3 ;吸气段^功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^3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中的齿顶圆弧BC的半径Ria大于排气段 的截面型线b中的齿顶圆弧BC的半径Rib，吸气段的截面型线a中的齿根圆弧DE的半径R3a小 于排气段的截面型线b中的齿根圆弧DE的半径R3a;吸气段b谢排气段Li3之间采用压缩段Li2 进行过渡，压缩段^2为变螺距且变截面型线的锥形螺杆转子，压缩段^2中的主齿顶面3和 主齿根面6的锥度为k，公式如下：
[0061]
[0062] 如图6所示，为从螺杆转子Π 图，从螺杆转子Π 是一种锥形螺杆转子，从螺杆转子 Π 与主螺杆转子I的螺旋展开方向相反。
[0063] 如图7所示，为主螺杆转子I与从螺杆转子Π 的晒合图，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和主摆线齿面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和第二摆线EA生成;在工作中，主螺杆转子I与从螺杆转子Π 能够实现正确晒合:主螺杆转子I的吸气段Lii、压缩段b沸排气段Li3,分别与从螺杆转子Π 的吸气段L21、压缩段L22和排气段L23能够实现正确晒合;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：V和从齿背螺旋线2 >能够实现正确晒合。
[0064] 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W内。
【主权项】
1. 一种锥形螺杆转子，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Pa大于排气段的螺距Pb，吸气段的截面型线a中的齿顶 圆弧BC的半径Ria大于排气段的截面型线b中的齿顶圆弧BC的半径Rib，吸气段的截面型线a 中的齿根圆弧DE的半径R3a小于排气段的截面型线b中的齿根圆弧DE的半径R3b;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的锥形螺杆转子;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所述的一种锥形螺杆转子，其特征是：主螺杆转子I和从螺杆转子II都 是一种锥形螺杆转子，主螺杆转子I和从螺杆转子II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II能够实现正确晒合。3. 如权利要求1所述的一种锥形螺杆转子，其特征是：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Pi(T)=Pa，吸气段的轴向距离出（τ)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;压缩段的轴向距离出(τ)的变化规律为：排气段为等螺距，其螺距P3(T)=Pb，排气段的轴向距离出(τ)的变化规律为：吸气段的轴向距离化（τ)与压缩段的轴向距离此（τ)在螺旋展开角T = Ta时光滑连接，压 缩段的轴向距离出(τ)与排气段的轴向距离出（τ)在螺旋展开角τ =~时光滑连接;吸气段的 螺距Ρι(τ)与压缩段的螺距Ρ2(τ)在螺旋展开角T = Ta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τ =~时光滑连接。4. 如权利要求1所述的一种锥形螺杆转子，其特征是:截面型线随螺旋展开角τ由0至τ。 连续变化，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和第二摆线ΕΑ;对于任意 的螺旋展开角τ，齿顶圆弧BC的半径化、节圆半径R2、齿根圆弧DE的半径R3和圆渐开线AB的基 圆半径Rb，均满足Ri+R3 = 2R沮R3 = Rb，节圆半径R2不随螺旋展开角τ改变而改变，截面型线 中齿顶圆弧BC的半径Ri随螺旋展开角τ的变化规律为化(τ)，公式如下：其中，k为锥度，公式如下：5. -种双螺杆真空累，其特征是:使用如权利要求1所述的一种锥形螺杆转子。
【文档编号】F04C18/16GK105971877SQ201610539420
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年7月11日
【发明人】王君, 刘宏杰, 张凌红
【申请人】中国石油大学(华东)