爪式轉子的三爪及三爪以上設計方法
2023-05-15 11:24:21 1
專利名稱：爪式轉子的三爪及三爪以上設計方法
技術領域：
本發明涉及一種爪式轉子的三爪及三爪以上設計方法，其是中國臺灣發明專利申請案第94124780號(美國發明專利申請第11/214,876號)的追加專利申請，該方法能以參數化取得相互共軛嚙合的定義轉子與共軛轉子的三爪或三爪以上，且能以不同參數定義並評估求出最佳共軛嚙合的轉子性能，從而提供具有較高壓縮比與輸送容積，而於運動過程不會產生噪音及震動的效果。
背景技術：
公知爪式轉子的構造型式概可分為單葉片、雙葉片及三葉片等，通過同一型式葉片相互嚙合的定義轉子與共軛轉子，進行葉片相互嚙合旋轉以提供需進行膨脹、壓縮周期性循環運動的機械上，公知相關爪式轉子的構造可參考美國專利案第1,426,820、4,138,848、4,224,016、4,324,538、4,406,601、4,430,050以及5,149,256號等。該等公知爪式轉子的構造普遍是採用兩葉片的嚙合型態，其共同的瑕疵在於兩葉片的曲線在尖部形成不連續，因而，當運用於須進行膨脹、壓縮周期性循環運動的機械上，該定義轉子、共軛轉子及腔壁間的工作腔室，通過兩轉子嚙合轉動產生的膨脹壓縮過程，當運用於須進行進、排氣周期性循環壓縮運動的機械上，該定義轉子與共軛轉子及腔壁間的工作腔室從無效壓縮至開始膨脹進氣的過程，兩爪會在該尖部運轉不順暢，而會有噪音與震動的現象產生。簡言之，爪式轉子的葉片在尖部的曲線不順暢，將造成兩葉片相互嚙合性不佳，而在膨脹壓縮過程產生噪音與震動，或造成因不當的嚙合所產生的摩耗，而降低使用壽命。
鑑於此，上述中國臺灣發明專利申請案第94124780號(美國發明專利申請第11/214,876號)已揭露一種能夠由不同參數定義取得相互嚙合的定義轉子與共軛轉子，當運用於須進行進、排氣周期性循環壓縮運動的機械上，於膨脹壓縮過程由不同線形作平滑連接，以解決在運轉的過程會有噪音與震動的現象。
發明內容
本發明的目的是提供一種爪式轉子的三爪及三爪以上設計方法，該方法除能以參數化取得相互共軛嚙合的定義轉子與共軛轉子的三爪及三爪以上，依該方法所設計出的三爪或三爪以上轉子，當運用於須進行周期性循環膨脹、壓縮運動的機械上，能提高壓縮比與輸送容積，且在運轉的過程不會有噪音與震動的產生。
本發明爪式轉子的三爪及三爪以上設計方法是包含曲線E、圓弧A、圓弧B、圓弧F、圓弧C及直線Y等定義轉子的單爪外形曲線，再經由該單爪外形曲線複製N-1份(N為葉片數，N大於或等於3)，並依序分別旋轉360/N度至(N-1)360/N度，以取得三爪或三爪以上的定義轉子，而共軛轉子的外形則由定義轉子各定義曲線的共軛曲線組成，其特徵在於該圓弧F的圓心t4在相對於定義轉子的圓心t1的方向角Δθ＝360/N上，其半徑等於定義轉子最大半徑(rF＝R)；圓弧F的起始點P5在定義轉子的圓心t1與圓弧F圓心t4的延伸線段h3上、另一端點P4的位置由圓弧F的圓心角β決定。
另，該圓弧C的圓心t5在圓弧F的圓心t4與通過點P4的延伸線段h4上，其半徑rC，是由如下公式取得(注R＝定義轉子的最大半徑；D＝定義轉子寬度)rC+(R+rC)sin=D2]]>rC=D/2-Rsin1+sin]]>
圖1為本發明爪式轉子的三爪及三爪以上設計方法形成端點共軛曲線的示意圖。
圖2為本發明爪式轉子的三爪及三爪以上設計方法形成定義轉子的三爪外形的示意圖。
圖3為本發明爪式轉子的三爪及三爪以上設計方法形成共軛轉子的三爪外形的示意圖。
圖4至6為本發明四爪、五爪及六爪的定義轉子實施例。
圖7為本發明爪式轉子的單爪設計方法中定義轉子的厚度D分別為55，60，65，70，75，80mm；圓心角α為6度、圓心角β為6度時，定義轉子與共軛轉子的三爪外形變化的示意圖。
附圖標記說明定義轉子 1，1』，1」，1共軛轉子 2，2』，2」，2最大半徑 R 定義轉子寬度D節圓半徑 Rp直線Y圓心 t1，t2，t3，t4，t5水平線 h1，h2，h3，h4 方向角 Δθ點 P0，P1，P2，P3，P4，P5，P6，P7，P8圓心角 α，β半徑rB，rC，rF曲線 E，E』圓弧A，B，C，F具體實施方式
請參閱圖1至3為本發明取得三爪的定義轉子1與共軛轉子2的方法，如圖所示，該定義轉子1的三爪外形取得包括如下步驟1.請參閱圖1，指定定義轉子最大半徑R＝60mm、定義轉子寬度D＝65mm、定義轉子及共軛轉子的節圓半徑Rp＝40mm(定義轉子最大半徑R與節圓半徑Rp的比例為R＝3Rp/2)，此二節圓的圓心分別為t1及t3。
2.取節圓的圓心t1作為定義轉子的圓心，通過一水平線h1，並在該水平線h1上取得一點P0，此點P0與圓心t1的水平距離為R，由該點P0繞節圓圓心t1產生共軛曲線E』，該曲線E』相對於節圓交點P7的對稱曲線E，請配合圖2參閱，取曲線E作為轉子的葉片一部分。該曲線E在水平線h1上的交點P8。
3.定義轉子外形曲線的另一點P1，由定義轉子圓心t1以半徑R及所指定的圓心角α(α＝6°)決定。連接點P0與P1可取得圓弧A。
4.取圓心角α的夾邊h2，且在該夾邊h2上取得一圓心點t2，半徑為rB。
5.該半徑rB由如下公式求得(其中R＝定義轉子的最大半徑；即圓心t1至點P1的長度)rB+(R-rB)sin=D2]]>rB=D/2-Rsin1-sin]]>6.求得半徑rB再以圓心t2為圓心，取得圓弧B，該圓弧B的一端點即為點P1，另一端點為點P2。
7.另，相對於定義轉子圓心t1的120度方向角上取得該圓弧F的圓心t4，其半徑rF為定義轉子最大半徑R(rF＝R)，以該半徑rF劃弧而取得圓弧F，且t4與t1的距離為2Rp，再於定義轉子的圓心t1與圓弧F圓心t4的延伸線段h3上取得圓弧F的端點P5，並由圓弧F的圓心角β(β＝6°)決定另一端點P4。
8.圓弧F的圓心t4與通過點P4的延伸線段h4上，先以如下公式求得圓弧C的圓心t5的半徑rC(注R＝定義轉子的最大半徑；D＝定義轉子寬度)
rC+(R+rC)sin=D2]]>rC=D/2-Rsin1+sin]]>9.求得半徑rC再以圓心t5為圓心，點P4為圓弧C的起點劃弧。
10.再由圓弧C和圓弧B的外公切線可得圓弧C的另一端點P3，及圓弧B的另一點P2。
11.連接點P2及點P3為直線Y，即為上述圓弧B和圓弧C的外公切線。
12.定義轉子的單爪外形經連接上述的曲線E、圓弧A、圓弧B、圓弧F、圓弧C及直線Y等即可取得。再經由該單爪外形曲線複製2份，並依序旋轉120、240角度，即可取得三爪的定義轉子1。
另，該共軛轉子2是利用上述步驟決定定義轉子1的三爪的外形曲線後，再由定義轉子中各定義曲線的共軛曲線組成共軛轉子2的三爪外形(圖3)。因此，通過上述步驟，可取得具有三爪的定義轉子1與共軛轉子2。
先請參閱圖7為本發明雙爪式轉子的設計方法，其中定義轉子最大半徑R採用60mm、節圓半徑Rp採用40mm、定義轉子寬度D值分別採用55，60，65，70，75，80mm、圓心角α為6度、圓心角β為6度的三爪應用例，如圖所示在如此條件下，定義轉子1與共軛轉子2的外形變化，依共軛嚙合的特性，該定義轉子1的寬度D值最小者(S1)，所對應的共軛轉子2的外形是最大者(L1)，如此類推，實際應用上可以視需要作對應的調整。
通過本發明的方法所制出的三爪的定義轉子與共軛轉子，當運用於須進行膨脹、壓縮周期性循環運動的機械上，能提高壓縮比與輸送容積，且在運轉的過程不會有噪音與震動的產生。
續請參閱圖4至6，為本發明四爪、五爪及六爪的定義轉子1』，1」，1與共軛轉子2』，2」，2的不同實施例，其設計方法與前述三爪的各步驟相同，但是，僅在圓弧F的一端點P5的Δθ方向角不同，該Δθ為360度除以N爪(360/N)的角度值，即在四爪時為90度方向角(圖4；其Rp＝50mm，R＝60mm，D＝70mm，α＝4.5°)、五爪時為72度方向角(圖5；其Rp＝50mm，R＝60mm，D＝60mm，α＝4.5°)、六爪時為60度方向角(圖6；Rp＝50mm，R＝55mm，D＝65mm，α＝4.5°)。
通過本發明的方法所制出的定義轉子與共軛轉子的三爪或三爪以上，當運用於須進行膨脹、壓縮周期性循環運動的機械上，在相互嚙合運轉的過程因為以不同曲線經平滑連接，因此，能夠使得兩轉子不會有噪音與震動的現象產生，且具更佳吻合的嚙合效果，提高壓縮比與輸送容積。
以上所述者僅為本發明的較佳實施例而已，大凡依據本發明所為的各種修飾與變化，仍應包含於本案專利申請範圍內。
權利要求
1.一種爪式轉子的三爪及三爪以上設計方法，該方法用於製造相互共軛嚙合的定義轉子與共軛轉子，以參數化設計出包含曲線E、圓弧A、圓弧B、圓弧F、圓弧C及直線Y等定義轉子的單爪外形曲線，再經由該外形曲線複製N-1份，其中N為葉片數，N大於或等於3，並依序分別旋轉360/N度至(N-1)360/N度，取得三爪或三爪以上的定義轉子，而共軛轉子的外形則由定義轉子各定義曲線的共軛曲線組成，其中取得該定義轉子的單爪外形曲線的方法包括指定定義轉子最大半徑R、定義轉子的寬度D、定義轉子與共軛轉子的節圓半徑Rp及此二節圓的圓心t1，t3，此二節圓中心距為2Rp，Rp小於R，且R與Rp二者有一適當比例；取節圓的圓心t1作為定義轉子的圓心，通過另一節圓的圓心t3作水平線h1，並在該水平線h1上取得一點P0，該點P0與圓心t1的水平距離為定義轉子最大半徑R，由該點P0繞節圓圓心t1產生共軛曲線E』，曲線E』相對於二節圓交點P7的對稱曲線E，取此曲線E作為轉子的葉片一部分，該曲線E在水平線h1上取得交點P8；由該水平線h1及定義轉子圓心t1，半徑為R的圓心角α，決定定義轉子運動曲線的另一點P1，連接前述點P0與P1可取得定義轉子的葉片外形曲線的圓弧A，且與曲線E平順連接；於該圓心角α的夾邊h2上取得第二圓心點t2，並經由如下公式求得第二圓心點t2的半徑rB，即rB+(R-rB)sin=D2]]>rB=D/2-Rsin1-sin]]>以點P1作為圓弧B的一端點，依半徑rB取得圓弧B，圓弧B的一端點即為點P1，另一端點為點P2；該圓弧F的圓心t4在相對於定義轉子的圓心t1的方向角Δθ＝360/N上，其半徑等於定義轉子最大半徑，且圓心t4與圓心t1的距離為2Rp；圓弧F的起始點P5在定義轉子的圓心t1與圓弧F圓心t4連接線段h3上、另一端點P4的位置由圓弧F的圓心角β決定；該圓弧C的圓心t5在圓弧F的圓心t4與通過點P4的延伸線段h4上，其半徑rC，是由如下公式取得rC+(R+rC)sin=D2]]>rC=D/2-Rsin1+sin]]>其中，R＝定義轉子的最大半徑；D＝定義轉子寬度求得半徑rC再以圓心t5為圓心，點P4為圓弧C的起點劃弧；取圓弧C和圓弧B的外公切線可得圓弧C的另一端點P3及圓弧B的另一點P2；連接點P2及點P3取得直線Y；將上述的曲線E、圓弧A、圓弧B、圓弧F、圓弧C及直線Y等平滑連接即可取得定義轉子的單爪外形曲線。
2.如權利要求1所述爪式轉子的三爪及三爪以上設計方法，其特徵在於，上述定義轉子最大半徑R與節圓半徑Rp的比例採用R＝3Rp/2。
全文摘要
本發明涉及一種爪式轉子的三爪及三爪以上設計方法，該方法以參數化設計出相互共軛嚙合的定義轉子與共軛轉子，包含曲線E、圓弧A、圓弧B、圓弧F、圓弧C及直線Y等定義轉子的單爪外形曲線，再經由該單爪外形曲線複製N－1份(N為葉片數，N大於或等於3)，並依序分別旋轉360/N度至(N－1)360/N度，而可取得三爪或三爪以上的定義轉子，另，共軛轉子的外形則由定義轉子各定義曲線的共軛曲線組成，當運用於須進行周期性循環膨脹、壓縮運動的機械上，通過上述不同線形作平滑連接，能夠在工作腔室膨脹壓縮運轉過程解決會有噪音與震動的現象，並提供具有較高壓縮比與輸送容積。
文檔編號F04C18/18GK1995705SQ200610000459
公開日2007年7月11日 申請日期2006年1月5日 優先權日2006年1月5日
發明者鍾添東, 林恆毅 申請人:良峰塑膠機械股份有限公司