一種螺杆真空泵的螺杆組件的製作方法

2023-10-23 14:58:57

本發明屬於真空泵設備技術領域，涉及一種螺杆真空泵的螺杆組件。

背景技術：

螺杆真空泵是利用一對螺杆在泵殼中作同步高速反向旋轉而產生的吸氣和排氣作用的抽氣設備，它是油封式真空泵的更新換代產品，能抽除含有大量水蒸汽及少量粉塵的氣體場合，在國內各大製藥和化工企業得到廣泛應用。

螺杆真空泵的關鍵技術是互相嚙合的螺杆，互相嚙合的螺杆關鍵是端面型線，螺杆的端面型線，即轉子的齒面與轉子軸線垂直面的截交線；端面型線直接影響到螺杆真空泵的性能，如密封性、效率、面積利用係數等，同時決定了泵的加工製造成本。

中國專利文獻公開了一種雙螺杆真空泵轉子型線及其設計方法【授權公告號CN102979731B】，轉子型線由點嚙合擺線、點嚙合外擺線、齒根圓弧、類阿基米德螺線、類阿基米德螺線的共軛包絡線和齒頂圓弧組成。該專利中的點嚙合擺線和齒頂圓弧之間以及點嚙合擺線和點嚙合外擺線均為非平滑過渡，具有尖點，該結構導致螺杆在加工時難度較大，導致不易加工；同時在使用時氣流對螺杆衝刷磨損較嚴重，導致螺杆的使用壽命相對較低。

技術實現要素：

本發明的目的是針對現有的技術存在上述問題，提出了一種螺杆真空泵的螺杆組件，本發明解決的技術問題是在保證兩根螺杆能實現正確的嚙合的情況下使得螺杆加工方便並提高螺杆的使用壽命。

本發明的目的可通過下列技術方案來實現：

一種螺杆真空泵的螺杆組件，包括兩根端面型線相同、旋向相反的螺杆，所述螺杆的端面型線由依次連接的一段齒頂圓弧段、一段擺線段、一段齒根圓段、一段弧線段和一段弧線包絡線段組成，其特徵在於，所述齒頂圓弧段和擺線段之間通過圓弧過渡段平滑過渡，所述弧線段為內凹的圓弧線，所述弧線段與齒根圓段平滑過渡，所述弧線包絡線段為外凸的弧線，所述弧線段與弧線包絡線段平滑過渡，所述弧線包絡線段與齒頂圓弧段平滑過渡，其中一根螺杆上的弧線段與另一根螺杆上的弧線包絡線段共軛。

採用上述端面型線的兩根螺杆在異向同步旋轉時能實現正確的嚙合，保證螺杆真空泵的正常運行；具體來說，在旋轉時其中一根螺杆的弧線段與另一根螺杆上的弧線包絡線段嚙合，其中一根螺杆的弧線包絡線段與另一根螺杆上的弧線段嚙合，其中一根螺杆的齒根圓段與另一根螺杆上的齒頂圓弧段嚙合，其中一根螺杆的擺線段與另一根螺杆上的圓弧過渡段嚙合，其中一根螺杆的圓弧過渡段與另一根螺杆上的擺線段嚙合，其中一根螺杆的齒頂圓弧段與另一根螺杆上的齒根圓段嚙合；螺杆的端面型線各段均為平滑過渡，無尖點，使得加工方便；在使用時螺杆轉子的各個面之間平滑過渡能提高螺杆轉子耐衝刷磨損的能力，進而提高了螺杆的使用壽命。

在上述的螺杆真空泵的螺杆組件中，所述弧線包絡線段的曲率自與齒頂圓弧段相連的一端向另一端增大。弧線包絡線段的結構能保證兩根螺杆在異向同步旋轉時能實現正確的嚙合。

在上述的螺杆真空泵的螺杆組件中，所述弧線包絡線段的方程式為：

式中r為弧線段的半徑，b為弧線段的圓心到端面型線中心的距離；Ro為節圓，Ro的大小為Ro＝(Rn+Rm)/2，其中Rm為齒頂圓弧段的半徑，Rn為齒根圓段的半徑；t1為變量，t1的取值範圍t1∈[0，β],β為弧線包絡線段對應的圓心角,β的取值範圍為β∈[π/8，π/4]；θ是以t1為變量的應變量，關係式為:tgθ＝(b sin 2t1-Ro sin t1)/(b cos 2t1-Ro cos t1)。上述弧線包絡線段能保證兩根螺杆在異向同步旋轉時能實現正確的嚙合；同時使得弧線包絡線段與弧線段以及齒頂圓弧段平滑過渡，使得螺杆加工方便並提高螺杆使用壽命。

在上述的螺杆真空泵的螺杆組件中，弧線段的圓心到端面型線中心的距離b的方程式為：b＝(Ro2-Rn2)/(2Ro cosβ-2 Rn)。該弧線段的圓心與端面型線中心的距離能保證兩根螺杆在異向同步旋轉時能實現正確的嚙合。

在上述的螺杆真空泵的螺杆組件中，弧線段的半徑r的方程式為：r＝b-Rn。該弧線段的半徑能保證兩根螺杆在異向同步旋轉時能實現正確的嚙合。

在上述的螺杆真空泵的螺杆組件中，所述弧線段的方程式為：

式中t2為變量，t2的取值範圍t2∈[0,a cos((r2+b2-Ro2)/2rb)]。弧線段對應的圓心角和弧線包絡線段對應的圓心角相同。上述弧線段能保證兩根螺杆在異向同步旋轉時能實現正確的嚙合；同時使得弧線段與弧線包絡線段以及齒根圓段平滑過渡，使得螺杆加工方便並提高螺杆使用壽命。

在上述的螺杆真空泵的螺杆組件中，所述齒根圓段的方程式為：

式中t3為變量，t3的取值範圍t3∈[0,π-β]。上述齒根圓段與弧線段以及弧線包絡線段相匹配，保證兩根螺杆在異向同步旋轉時能實現正確的嚙合；同時使得齒根圓段與弧線段平滑過渡，使得螺杆加工方便並提高螺杆使用壽命。

在上述的螺杆真空泵的螺杆組件中，所述齒頂圓弧段的方程式為：

式中：t4為變量，t4的取值範圍t4∈[0,π-β]。上述齒頂圓弧段與弧線段以及弧線包絡線段相匹配，保證兩根螺杆在異向同步旋轉時能實現正確的嚙合；同時使得齒頂圓弧段與弧線包絡線段平滑過渡，使得螺杆加工方便並提高螺杆使用壽命。

在上述的螺杆真空泵的螺杆組件中，所述擺線段的方程式為：

式中t5為變量，取值範圍t5∈[0,a cos(Ro/Rm)]。上述擺線段與弧線段以及弧線包絡線段相匹配，保證兩根螺杆在異向同步旋轉時能實現正確的嚙合；同時使得齒頂圓弧段與弧線包絡線段平滑過渡，使得螺杆加工方便並提高螺杆使用壽命

在上述的螺杆真空泵的螺杆組件中，所述圓弧過渡段的半徑範圍為0～0.2mm。滿足該條件圓弧過渡段能與對應螺杆上的擺線段嚙合，並使得齒頂圓弧段與齒根圓段平滑過渡，使得螺杆加工方便並提高螺杆使用壽命。

與現有技術相比，本螺杆真空泵的螺杆組件具有使得兩根螺杆在異向同步旋轉時能實現正確的嚙合；螺杆的端面型線各段均為平滑過渡，具有加工方便的優點，同時螺杆轉子耐衝刷磨損，使得螺杆具有螺杆的使用壽命的優點。

附圖說明

圖1是本螺杆組件中兩個螺杆嚙合時的局部剖視示意圖。

圖2是本螺杆組件的轉子型線的結構示意圖。

圖3是圖2中A部的放大結構示意圖。

圖4是β取值範圍在β∈[22.5°，45°]時弧線段與弧線包絡線段變化範圍的示意圖。

圖5是兩根螺杆每轉動15°時不同角度的狀態圖。

圖中，1、螺杆；2、齒頂圓弧段；3、擺線段；4、齒根圓段；5、弧線段；6、弧線包絡線段；7、圓弧過渡段。

具體實施方式

以下是本發明的具體實施例並結合附圖，對本發明的技術方案作進一步的描述，但本發明並不限於這些實施例。

如圖1至圖3所示，螺杆真空泵的螺杆組件包括兩根端面型線相同、旋向相反的螺杆1，螺杆1的端面型線由依次連接的一段齒頂圓弧段2、一段擺線段3、一段齒根圓段4、一段弧線段5和一段弧線包絡線段6組成，齒頂圓弧段2和擺線段3之間通過圓弧過渡段7平滑過渡，圓弧過渡段7的半徑範圍為0～0.2mm，作為優選，圓弧過渡段7的半徑範圍為0.05mm或者0.1mm或者0.15mm；弧線段5為內凹的圓弧線，弧線段5與齒根圓段4平滑過渡，弧線包絡線段6為外凸的弧線，弧線包絡線段6的曲率自與齒頂圓弧段2相連的一端向另一端增大，弧線段5與弧線包絡線段6平滑過渡，弧線包絡線段6與齒頂圓弧段2平滑過渡，其中一根螺杆1上的弧線段5與另一根螺杆1上的弧線包絡線段6共軛。

弧線包絡線段6的方程式為：式中r為弧線段5的半徑，r的大小為r＝b-Rn；b為弧線段5的圓心到端面型線中心的距離，b的大小為b＝(Ro2-Rn2)/(2Ro cosβ-2Rn)；Ro為節圓，Ro的大小為Ro＝(Rn+Rm)/2，其中Rm為齒頂圓弧段2的半徑，Rn為齒根圓段4的半徑；t1為變量，t1的取值範圍t1∈[0，β],β為弧線包絡線段6對應的圓心角,β的取值範圍為β∈[π/8，π/4]；θ是以t1為變量的應變量，關係式為：tgθ＝(b sin 2t1-Ro sin t1)/(b cos 2t1-Ro cos t1)。如圖4所示，在β的取值較小時，弧線段5的半徑較小，弧線段5的圓心到端面型線中心的距離也較小，相對的弧線段5內凹程度較大，在β的取值較大時，弧線段5的半徑較大，弧線段5的圓心到端面型線中心的距離也較大，相對的弧線段5內凹程度較小。

弧線段5的方程式為：

式中t2為變量，t2的取值範圍t2∈[0,a cos((r2+b2-Ro2)/2rb)]。

齒根圓段4的方程式為：式中t3為變量，t3的取值範圍t3∈[0,π-β]。

齒頂圓弧段2的方程式為：式中：t4為變量，t4的取值範圍t4∈[0,π-β]。

擺線段3的方程式為：式中t5為變量，取值範圍t5∈[0,a cos(Ro/Rm)]。

本實施例中，當節圓半徑Ro＝10，齒頂圓弧段2的半徑Rm＝15，弧線包絡線段6對應的圓心角β＝π/6時，齒根圓段4的半徑Rn＝2*Ro-Rm＝20-15＝5，弧線段5的圓心到端面型線中心的距離b＝(Ro2-Rn2)/(2Ro cosβ-2Rn)≈10.245，弧線段5的半徑r＝b-Rn＝5.245，弧線包絡線段6為t1的取值範圍t1∈[0，π/6]，θ是以t1為變量的應變量，關係式為：tgθ＝(10.245 sin 2t1-10 sin t1)/(10.245 cos 2t1-10 cos t1)；

弧線段5為：t2為變量，t2的取值範圍t2∈[0,a cos(0.660646915)]；齒根圓段4為：式中t3為變量，t3的取值範圍t3∈[0,5π/6]；

齒頂圓弧段2為：式中：t4為變量，t4的取值範圍t4∈[0,5π/6]；

擺線段3為：式中t5為變量，取值範圍t5∈[0,a cos(10/15)]。

具體試驗對比數據如下：

由上表格可知，採用本螺杆組件的螺杆真空泵其在保證抽氣效率的情況下極限壓力、噪聲和配用功率的參數均優於行業標準。

如圖5所述，圖5中的1、2、3為一根螺杆1的弧線段5與另一根螺杆1上的弧線包絡線段6嚙合時的狀態；圖5中的4～9為一根螺杆1的齒根圓段4與另一根螺杆1上的齒頂圓弧段2嚙合時的狀態；圖5中的10、11為一根螺杆1的齒根圓段4與另一根螺杆1上的齒頂圓弧段2嚙合的同時一根螺杆1的圓弧過渡段7與另一根螺杆1上的擺線段3嚙合的狀態；圖5中的12為一根螺杆1的圓弧過渡段7與另一根螺杆1上的擺線段3嚙合的狀態；圖5中的13為一根螺杆1的圓弧過渡段7與另一根螺杆1上的擺線段3嚙合同時一根螺杆1的擺線段3與另一根螺杆1上的圓弧過渡段7嚙合的狀態；圖5中的14、15為一根螺杆1的擺線段3與另一根螺杆1上的圓弧過渡段7嚙合的狀態；圖5中的16～21為一根螺杆1的齒頂圓弧段2與另一根螺杆1上的齒根圓段4嚙合時的狀態；圖5中的22～24是一根螺杆1的弧線包絡線段6與另一根螺杆1上的弧線段5嚙合時的狀態。

本文中所描述的具體實施例僅僅是對本發明精神作舉例說明。本發明所屬技術領域的技術人員可以對所描述的具體實施例做各種各樣的修改或補充或採用類似的方式替代，但並不會偏離本發明的精神或者超越所附權利要求書所定義的範圍。