一對共同工作的螺旋轉子、一個螺旋轉子和一旋轉的螺旋機構的製作方法
2023-05-27 14:42:01
專利名稱：一對共同工作的螺旋轉子、一個螺旋轉子和一旋轉的螺旋機構的製作方法
技術領域：
本發明背景本發明涉及到一對共同工作的螺旋轉子、一個螺旋轉子及一個旋轉的螺旋機構。每個螺旋轉子都有螺旋形延伸的突齒和中間凹槽，轉子通過突齒和凹槽相互嚙合，一個轉子是凸形轉子，在垂直於旋轉軸的截面上，凸形轉子的突齒有大致呈凸狀的前齒面和後齒面，另一個轉子是凹形轉子，在上述截面上，凹形轉子的突齒有大致呈凹狀的前齒面和後齒面，因此凸形轉子和凹形轉子的各突齒在上述截面上有不對稱的輪廓。
使用轉子的螺旋機構與可壓縮介質一起工作，以使之壓縮或膨脹。這是通過兩轉子在工作區域內的嚙合來進行的，該工作區域密封環繞該對轉子，其形狀為兩相交的圓柱體。
決定此機構的功能和效率的是轉子的形狀，更精確地說是轉子突齒的齒面形狀。
一般來說，旋轉螺旋壓縮機工作時，一個轉子驅動，並向另一個轉子即從動轉子傳遞扭矩。通常，將油、水之類的液體注入到該機構的工作區域內，液體在突齒的齒面上形狀液膜，用於潤滑、冷卻和密封的目的。通過相互間的嚙合讓突齒共同工作，並使突齒成形為能在轉子間傳遞扭矩並密封該機構工作區域的工作腔。因此，設計突齒形狀時一個重要的方面是，在轉子間形成接觸帶，並在此方面達到最優。接觸帶應有足夠的尺寸來承受接觸壓力，突齒的材料和上述液膜暴露於此壓力下。接觸帶應有極限，該極限限定為最小製造誤差不會導致接觸帶移位而產生增大的摩擦損失和破壞的危險，如齒節誤差，轉子中心距誤差，轉子撓度等。其輪廓形狀也應當是在它們尚未接觸時允許液體能很大程度上集中到接觸帶表面上。在接觸帶兩邊附近的區域該輪廓不應使液體在將要接觸前從接觸帶表面流走。另外，接觸帶的限定應便於測量和控制。
在設計轉子形狀時，我們得考慮接觸帶或密封線的整個長度，同時也得考慮其它的方面，例如，噴口尺寸，接觸力、容量、熱膨脹、振動的產生及與製造相關的要求。另外，對輪廓還會有一些數學上的限制。對某些壓縮機，一些方面比其它方面更重要，但對另一些壓縮機來說，也許有理由需優先考慮其它方向。最優的形狀通常是對這些方面的不同要求的折衷，這種折衷依賴於實際情況中哪一個方面最重要。
由於旋轉螺旋機構的轉子形狀的決定性作用和不得不考慮的各個方面的複雜權衡，自從Lysholn三十年代提出並得到第一個可實用的這種旋轉螺旋壓縮機以後，針對轉子形狀有大量的專利。
在專利文獻中有許多限定轉子形狀的方法，它們取決於該專利所涉及的問題和轉子輪廓的複雜形狀。這些輪廓可以稱作特徵類，這種特徵是由重要參數、轉子輪廓某些細節的範圍及該輪廓表達的明白程度等的組合。而且，轉子輪廓可按不同的標準，如對稱或不對稱外形，生成圓、生成點或移動生成點，分成不同的類型。
本發明考慮到上述要求，通過優化設計接觸帶來得到轉子的形狀，此形狀是與上述要求要符的。
為滿足這些要求，並同時考慮到已提到的其它方面，就會有下面的主要問題必須限制接觸帶寬度，因為製造中的小誤差可以使接觸帶發生移動，在此移動後的區域接觸表面間的相對速度變大，並使材料表面上的壓力超過允許值。這就意味著效率下降，並由表面破壞產生系統崩潰的危險。
因此接觸帶大致為縱向延伸，且在平面內其端部位置在實際中很難確定，所以對製成的轉子進行測量和評價有很大難度，這就意味著外形檢測時的高成本。
這些問題要求所有點生成的和移動點生成的轉子輪廓呈對稱形狀，然而這種對稱形成也有其它缺點，如效率低等。
當上述問題出現時，我們通常得採取各種方法來解決。當材料應力較高時，有可能採用應度大的或經硬化處理的材料，這個材料價格昂貴。已經開發出了具有較小傳遞扭矩和較大移動點生成接觸帶的轉子外形。這就增加了振動的危險性，因為扭矩的波動使得有時會失去接觸。另外，轉子輪廓的某些部分的接觸還得面臨這種情況由於製造誤差或轉子的彎曲使接觸狀況變壞。
從歐洲第149304號專利中很容易知道這種類型的轉子對的問題，其中有人已經盡力得到了一種改進的轉子突齒齒面輪廓的形狀，具體地說，集中在接觸帶形狀上。如它所揭示的那樣，接觸帶由主動凹轉子齒面上的凹圓弧和與之共同工作的從動凸轉子齒面上的互補的凸圓弧組成，這種輪廓結構的缺點是，它只能用作凹轉子驅動的壓縮機。而且，這種結構的圓弧有定義在旋轉點的中心，即接觸處的旋轉角為零。
因此，本發明的目的是得到具有這樣突齒形狀的轉子，它即可以解決上面提到的問題，而又沒有上面的嘗試所帶來的缺點。
本發明概述按照本發明，上述目的通過上述引言中說明的一對共同工作的螺旋轉子和採用該對轉子的旋轉螺旋機構實現的，其特徵在於凸轉子突齒中至少有一個齒面有一圓弧段，至少在該段的兩端該段呈圓弧形，該段的每個圓弧形部分有相同的半徑和重合的曲率中心，所述半徑與凸轉子的外圓半徑和節圓半徑之差不同；與上述一個齒面配合工作的凹轉子突齒齒面有一個齒面段與凸轉子突齒的上述齒面段配合工作。通過螺旋凸轉子或凹轉子，就可以形成本發明的與之配對工作的另一個轉子。
鑑於接觸帶是由兩共同工作的齒面圓弧段在一定條件下形成的這一事實，在兩轉子間就得到了一個實時形成的接觸面。在一平面內接觸帶的突起將很容易想像和測量。端點也可清楚確定，間隙可在各端點上形成而不會在端點上成點接觸。另外，製造誤差的敏感度也降低了，因為端點很容易磨合成接觸圓弧。輪廓通過磨合達到適當而不會有過大應力的危險。這就意味著更低的維護要求和更低的製造成本。凹面也可用作集液槽，液體在重力作用下沿轉子表面流動。因此接觸處的潤滑改善了，也降低了振動的程度。這種可能性也促進了上述優點允許間隙直到接觸帶的端點，以使非接觸表面從即將接觸的表面上帶走液體的現象不再發生。另外，由於接觸表面不理想延伸的可能性減小，用作在兩轉子間傳遞扭矩的表面可達到最大。於是，轉子材料的表面應力減小了。
由於這些優點，比油粘度小的液體也可用作潤滑液。當用這種轉子輪廓對空氣進行1至8bar的壓縮時，水可用作優良的潤滑液，這樣就有利於環保及較高的壓縮效率。
由於在所規定的曲率半徑條件下接觸旋轉角將大於0度，上述歐洲第149304專利所涉及的缺陷就消除了，並可不依賴於潤滑、扭矩和其它工作條件將齒面弧段的曲率半徑、角度和接觸力調節到與實際環境相適應。
在本發明優選實施例中，凹轉子突齒齒面的共同工作的齒面段至少在其端部呈圓弧形，以為與凸轉子突齒的相應齒段共同工作創造最佳條件。因此，兩段的曲率半徑最好相等，這將可最充分地利用本發明的優點，因為在此情況下，這兩個表面可以相互儘可能的適應。
按照優選實施例，在凸轉子突齒的前齒面上有特殊的齒面段，因此可利用本發明的優點用於凸轉子驅動，這一點很重要。在這樣的實施例中，此段的曲率半徑比凸轉子外圓與節圓的半徑差要小。還發現最好該曲率半徑是在所述半徑差的0.2至0.9倍的範圍內，最好是0.65至0.7倍的範圍內。
作為選擇，凸轉子突齒的後齒面上也可設有齒面段，以與凹轉子驅動方式相適應。該段的半徑應比上述半徑差大，適合的範圍是上述半徑差的1.1至2.0倍，最好是1.30至1.35倍。
本發明還可有利地用於移動點生成的輪廓，即，輪廓上至少一處或多處的曲線是由旋轉時另一個轉子上的突齒齒面上的點形成的，因此該點同時沿著第二轉子突齒齒面連續移動。
本發明的上述實施例和其他的好的實施例將在權利要求中作詳細說明。
附圖的簡要描述參考附圖和通過對優先實施例的詳細描述來對本發明作進一步說明。
圖1至圖3顯示了按通常已知的技術的旋轉螺旋壓縮機，相關的功能原理也作了解釋；圖4顯示了本發明實施例的一對共同工作的轉子突齒在垂直於轉子軸的截面上的情況；圖5是與圖4中一致的一個截面，但顯示的是轉子在另一個角度位置時的情況；圖6是與圖4中一致的截面，顯示了轉子在第三個角度位置時的情況；圖7是圖5中一個細節的放大。
詳細描述此壓縮機包括一對在工作區域內嚙合的螺旋轉子1和2，工作區域由兩端壁3和4及在它們之間延伸的殼壁5限定，殼壁5的內部形狀大致對應於兩相交的圓柱體，如圖2所示。轉子1、2各有多個突齒6、7，突齒間有沿整個轉子螺旋狀延伸的槽。一個轉子1是凸形轉子，其每個突齒的主體位於節圓之外，另一個轉子2是凹型轉子，其各突齒的主體位於節圓之內。凹轉子比凸轉子通常有更多的突齒，一般總共突齒數是4+6。低壓空氣或氣體通過入口8進入工作空間，然後在轉子和工作室壁面之間形成的V形工作室中受壓縮。每個工作室隨著轉子旋轉向右運動，如圖1所示，在與入口8的連通斷開後其循環的後一階段期間V形工作室不斷減小。於是空氣將被壓縮，壓縮後的空氣通過出口9離開壓縮機。內部壓力比取決於內部體積比，即剛與入口8的連通斷開後的工作室體積與工作室開始與出口9相通時的工作室體積體積之間的關係。
壓縮過程原理顯示於圖3，它顯示展開為平面的殼壁，垂線代表兩交線，即沿著此線兩形成此工作空間的圓柱相反。斜線代表在突齒頂面與殼壁之間建立的密封線，這些線在轉子旋轉時沿著箭頭C方向移動。陰影區A代表剛與入口8斷開連通後的工作室，陰影區B代表開始向出口9敞開的工作室。可以看到，當工作室與入口相通的充填過程中，工作室的體積增大，隨後減小。
圖4顯示了按本發明實施例的一對螺旋轉子。凸轉子作為驅動轉子，轉子沿箭頭方向旋轉。凸轉子外圓半徑的標號為Rm，節圓半徑Rnp。凸轉子突齒6的前齒面標號為14，後齒面標號15；凹轉子突齒7的前齒面的標號為16，後齒面標號17。凸轉子突齒6的前齒面14有輪廓段11，它延伸在點12和13之間，為一圓弧。在凹轉子突齒7的後齒面17上有與凸轉子突齒6的圓弧齒面段11配合的對應圓弧段10，以便形成接觸帶，扭矩就是通過此接觸帶從凸轉子1傳到凹轉子2的。
凸轉子突齒6的前齒面14的圓弧11在凸轉子節圓Cmp上有圓心A1m和半徑R1，R1比凸轉子外圓半徑Rm與節圓半徑Rmp的差要小。在示例中R1約為Rm-Rmp的2/3。凹轉子突齒的後齒面上的相應的圓弧10在凹轉子節圓CFP上有圓心和半徑R1，與圓弧11的相同，每個圓弧延伸的1/2弧度。
在示例中，凸轉子突齒6在後齒面15上也有圓弧段18。它在凸轉子節圓Cmp上有圓心，並且其半徑R2比Rm與Rmp的差值大，更精確地說Rm-Rmp的4/3倍。於是R2約為R1的2倍。凹轉子突齒7前齒面16上的對應圓弧19在凹轉子節圓CFP上也有圓心，其曲率半徑R2與圓弧18的相同。圓弧18、19各延伸的1/4弧度。由於R2約為R1 2倍，故圓弧18、19與圓弧10和11的長度約相同。
按照本發明，轉子對在每個突齒的兩個齒面上均有圓弧段。箭頭所示轉動方向代表凸轉子驅動，於是扭矩通過圓弧段10和11形成的接觸帶由凸轉子傳到凹轉子，當它們進入嚙合時，在所示情況下發生的位置BF10比圖4中的位置早。圖5顯示了這種嚙合位置。
在凹轉子驅動方式中，旋轉方向與圖4中一樣，當它們進入嚙合位置時扭矩從凹轉子傳到凸轉子，圖6所示的BF02位置早於圖4中的位置。圖6顯示了此嚙合位置。
圖5顯示了凸轉子驅動情況下當圓弧段10和11接觸時的嚙合位置。圓弧段的圓心A1m和A1F與旋轉中心D重合。
圖6以相應方式顯示了凹轉子驅動情況下當圓弧段18和19接觸時的嚙合位置。圓弧段的圓心A2m和A2F與旋轉中心D正巧重合。
圖7顯示了齒面段10和11共同工作時的放大情況。用連續線表示了當齒面段10和11是連續的等徑圓弧的實施例。作為選擇，每個或兩個齒面段在其中部區域可以開出凹口10a，如弧段10上的凹槽10a或弧段11的Planning off 11a。
權利要求
1.一對共同工作的螺旋轉子(1，2)，每個轉子(1，2)有螺旋狀延伸的突齒(6，7)及中間槽，轉子通過它們相互嚙合；一個轉子是凸轉子(1)，在垂直於轉子軸(OM，OF)的截面上，凸轉子(1)的每個突齒6有前突齒齒面(14)和後突齒齒面(15)，它們都呈凸狀；另一個轉子為凹轉子(2)，它的每個突齒(7)在上述截面上有前突齒齒面(16)和後突齒面(17)，它們都呈凹狀，因此凸轉子和凹轉子的各突齒在上述截面內有不對稱的輪廓，其特徵在於，凸轉子突齒的齒面(14，15)的至少一個有一段圓弧段(11，18)，至少在該段的兩端該段呈圓弧形，該段的每個所述圓孤形部分有相同的半徑(R1，R2)和重合的曲率中心(A1m，A2m)，半徑(R1，R2)與凸轉子外圓半徑(Rm)和節圓半徑(Rmp)之差不同，並且與上述一個齒面配合工作的凹轉子突齒齒面(17，16)有齒面段(10，19)，該齒面段與凸轉子突齒的所述齒面段(11，18)共同工作。
2.按權利要求1的一對共同工作的螺旋轉子，其特徵在於凹轉子突齒齒面(17，16)的上述齒面段(10，19)至少在該段的各端呈圓弧形，該段的各所述圓弧形部分有相同的半徑(R1，R2)及重合的曲率中心。
3.按權利要求2的一對共同工作的螺旋轉子，其特徵在於，凹轉子突齒齒面(17，16)的所述半徑(R1，R2)大致與凸轉子突齒齒面(14，15)的所述半徑(R1，R2)相等。
4.按權利要求1至3的任何一項所述的一對共同工作的螺旋轉子，其特徵在於，凸轉子和凹轉子的突齒齒面的至少其中一個所述齒面段(11，10；18，19)是連續的圓弧形。
5.按權利要求1至4的任何一項所述的一對共同工作的螺旋轉子，其特徵在於，上述一個齒面是凸轉子突齒的前齒面(14)，並且它的所述半徑(R1)落在所述半徑差(Rm-Rmp)的0.2至0.9倍範圍內。
6.按權利要求5的一對共同工作的螺旋轉子，其特徵在於，上述段(11)延伸0.2至0.8弧度的弧長，最好0.5弧度。
7.按權利要求1至4的一對共同工作的螺旋轉子，其特徵在於，上述一個齒面是凸轉子突齒的後齒面(15)，並且它的所述半徑(R2)處在所述半徑差(Rm-Rmp)的1.1至2.0倍的範圍內。
8.按權利要求7的一對共同工作的螺旋轉子，其特徵在於上述段(18)延伸0.1至0.4弧度的弧長，最好0.25弧度。
9.按權利要求1至4的任何一項所述的一對共同工作的螺旋轉子，其特徵在於，各凸轉子突齒齒面(14，15)及各凹轉子突齒齒面(17，16)都有各自的上述段。
10.按權利要求9的一對共同工作的螺旋轉子，其特徵在於，凸轉子突齒的前齒面(14)的所述半徑(R1)處在所述半徑差(Rm-Rmp)的0.2至0.9倍的範圍內，凸轉子突齒(15)的後齒面(15)的所述半徑R2處在所述半徑差(Rm-Rmp)的1.1至2.0倍的範圍內。
11.按權利要求10的一對共同工作的螺旋轉子，其特徵在於，凸轉子突齒的後齒面的所述半徑(R2)和凸轉子突齒的前齒面的所述半徑R1之比處在1.3至5的範圍內；
12.按權利要求1至11中的任何一項所述的一對共同工作的螺旋轉子，其特徵在於，每個上述弧段(11、18；10、19)的曲率中心(A1m、A2m、F1m、F2m)都在各自轉子的節圓(CMP，CFP)上。
13.按權利要求1至12中的任何一項所述的一對共同工作的螺旋轉子，其特徵在於，每個突齒(6，7)至少局部地為移動點生成。
14.一種凸或凹型的螺旋轉子(1，2)，其形狀可用來形成權利要求1至13的一對共同工作的螺旋轉子之一。
15.一種設有按權利要求1至13的一對共同工作螺旋轉子的旋轉螺旋機構。
全文摘要
本發明涉及一對共同工作的螺旋轉子(1、2),每個轉子(1、2)有螺旋形延伸的突齒(6、7)和中間槽,轉子通過它們相互嚙合。其中一個轉子是凸轉子(1),在垂直於轉子軸(OM,OF)的斷面上它的每個突齒(6)有前齒面(14)和後齒面(15),它們呈凸形。另一個轉子是凹轉子(2),在上述斷面上它的每個突齒(7)有大致呈凹形的前齒面(16)和後齒面(17)。凸轉子和凹轉子的突齒呈非對稱形狀。按照本發明,凸轉子突齒的齒面(14,15)至少有一個有圓弧段(11,18),此段兩端至少有一端呈圓弧形。構成此段的每個圓弧都有相等的曲率半徑(R1,R2)和重合的曲率中心(A1M、A2M)。半徑(R1,R2)不同於凸轉子外圓半徑(RM)和節圓半徑(RMP)的差值。與上述凸轉子齒面一起工作的凹轉子齒面(17,16)也有一段齒面,以與凸轉子突齒的齒面段(11,18)共同工作。本發明還涉及到用作上述轉子對的螺旋轉子和由這樣一對螺旋轉子構成的旋轉螺旋機構。
文檔編號F01C1/00GK1240502SQ9718066
公開日2000年1月5日 申請日期1997年12月1日 優先權日1996年12月16日
發明者H·厄曼, E·圖勒森 申請人:瑞典轉子機械公司