本實(shí)用新型涉及干式雙螺桿真空泵，特別涉及適用于干式雙螺桿真空泵的一種錐形螺桿轉(zhuǎn)子及其雙螺桿真空泵。
背景技術(shù)：
：干式雙螺桿真空泵是一種容積式真空泵，具有氣量大、結(jié)構(gòu)緊湊、可靠性高、壽命長、動(dòng)平衡性好的優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于化工、制藥、半導(dǎo)體和食品行業(yè)；螺桿轉(zhuǎn)子是干式雙螺桿真空泵的核心零部件，螺桿轉(zhuǎn)子的密封性能、效率、面積利用系數(shù)直接影響雙螺桿真空泵的抽速和極限真空度。專利(CN101351646A)公開了一種錐形螺桿轉(zhuǎn)子，為了提高螺桿轉(zhuǎn)子的內(nèi)容積比，在低壓側(cè)端面，螺桿轉(zhuǎn)子的外徑較大，在高壓側(cè)端面，螺桿轉(zhuǎn)子的外徑較小，能夠在較短的軸向尺寸內(nèi)實(shí)現(xiàn)很大的內(nèi)容積比；上述專利所提出的螺桿轉(zhuǎn)子沒有實(shí)現(xiàn)吸氣容積最大和排氣容積最小，即沒有最大程度的提高螺桿轉(zhuǎn)子的內(nèi)容積比和抽速。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本實(shí)用新型提出一種錐形螺桿轉(zhuǎn)子及其雙螺桿真空泵。本實(shí)用新型通過減小螺桿轉(zhuǎn)子的齒頂圓弧半徑和螺距的方式，最大程度地提高螺桿轉(zhuǎn)子的內(nèi)容積比；為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案：一種錐形螺桿轉(zhuǎn)子，包括：吸氣段、壓縮段和排氣段；其中，吸氣段為等螺距且等截面型線，其截面型線為吸氣段的截面型線a；排氣段為等螺距且等截面型線，其截面型線為排氣段的截面型線b，吸氣段的螺距Pa大于排氣段的螺距Pb，吸氣段的截面型線a中的齒頂圓弧BC的半徑R1a大于排氣段的截面型線b中的齒頂圓弧BC的半徑R1b，吸氣段的截面型線a中的齒根圓弧DE的半徑R3a小于排氣段的截面型線b中的齒根圓弧DE的半徑R3b；吸氣段和排氣段之間采用壓縮段進(jìn)行過渡，壓縮段為變螺距且變截面型線的錐形螺桿轉(zhuǎn)子；截面型線隨螺旋展開角τ由0至τc連續(xù)變化。主螺桿轉(zhuǎn)子Ⅰ和從螺桿轉(zhuǎn)子Ⅱ都是一種錐形螺桿轉(zhuǎn)子，主螺桿轉(zhuǎn)子Ⅰ和從螺桿轉(zhuǎn)子Ⅱ的螺旋展開方向相反；在工作中，主螺桿轉(zhuǎn)子Ⅰ與從螺桿轉(zhuǎn)子Ⅱ能夠?qū)崿F(xiàn)正確嚙合。一種錐形螺桿轉(zhuǎn)子，其吸氣段、壓縮段和排氣段的螺距和軸向距離滿足如下公式：吸氣段為等螺距，其螺距P1(τ)＝Pa，吸氣段的軸向距離H1(τ)的變化規(guī)律為：H1(τ)=Pa2πτ,0≤τ≤τa]]>其中，τ為螺旋展開角，rad；對于整個(gè)螺桿轉(zhuǎn)子，其螺旋展開角τ的取值范圍為0≤τ≤τc；Pa為初始螺距，mm；壓縮段為變螺距，其螺距P2(τ)的變化規(guī)律為：P2(τ)=Pa-Pb2cos(π(τ-τa)τb-τa)+Pa+Pb2,τa≤τ≤τb]]>其中，Pb為終止螺距，mm，且Pa>Pb；壓縮段的軸向距離H2(τ)的變化規(guī)律為：H2(τ)=(Pa-Pb)(τa-τb)sin(π(τ-τa)τa-τb)(2π)2+(Pa+Pb)τ+(Pa-Pb)τa4π,τa≤τ≤τb]]>排氣段為等螺距，其螺距P3(τ)＝Pb，排氣段的軸向距離H3(τ)的變化規(guī)律為：H3(τ)=Pbτ2π+(Pb-Pa)(τa+τb)4π,τb≤τ≤τc]]>吸氣段的軸向距離H1(τ)與壓縮段的軸向距離H2(τ)在螺旋展開角τ＝τa時(shí)光滑連接，壓縮段的軸向距離H2(τ)與排氣段的軸向距離H3(τ)在螺旋展開角τ＝τb時(shí)光滑連接；吸氣段的螺距P1(τ)與壓縮段的螺距P2(τ)在螺旋展開角τ＝τa時(shí)光滑連接，壓縮段的螺距P2(τ)與排氣段的螺距P3(τ)在螺旋展開角τ＝τb時(shí)光滑連接。一種錐形螺桿轉(zhuǎn)子，其截面型線隨螺旋展開角τ由0至τc連續(xù)變化，任意螺旋展開角τ對應(yīng)的截面型線都由5段曲線和2個(gè)點(diǎn)連接組成，依次為：圓漸開線AB、齒背點(diǎn)B、齒頂圓弧BC、齒尖點(diǎn)C、第一擺線CD、齒根圓弧DE和第二擺線EA；對于任意的螺旋展開角τ，齒頂圓弧BC的半徑R1、節(jié)圓半徑R2、齒根圓弧DE的半徑R3和圓漸開線AB的基圓半徑Rb，均滿足R1+R3＝2R2且R3＝Rb，節(jié)圓半徑R2不隨螺旋展開角τ改變而改變，截面型線中齒頂圓弧BC的半徑R1隨螺旋展開角τ的變化規(guī)律為R1(τ)，公式如下：R1(τ)=R1a,0≤τ≤τaH2(τb)-H2(τa)2k(τb-τa)(τ-τb)+R1b,τa≤τ≤τbR1b,τb≤τ≤τc]]>其中，k為錐度，公式如下：k=H2(τb)-H2(τa)2(R1a-R1b).]]>一種雙螺桿真空泵，使用本實(shí)用新型所提出的一種錐形螺桿轉(zhuǎn)子。本實(shí)用新型的有益效果為：所提出的一種錐形螺桿轉(zhuǎn)子，采用三段式設(shè)計(jì)，吸氣段和排氣段都為等螺距且等截面型線，最大程度地增大吸氣容積、減小排氣容積；吸氣段和排氣段之間采用壓縮段進(jìn)行過渡，壓縮段為變螺距且變截面型線的錐形螺桿轉(zhuǎn)子，通過減小螺桿轉(zhuǎn)子的齒頂圓弧半徑和螺距的方式，最大程度地提高螺桿轉(zhuǎn)子的內(nèi)容積比；具有如下優(yōu)點(diǎn)：①能夠形成較大的吸氣容積，在相同的結(jié)構(gòu)參數(shù)下具有更大的抽速；②吸氣段的齒頂圓弧半徑大于排氣段的齒頂圓弧半徑，吸氣段的螺距大于排氣段的螺距，能夠形成較小的排氣容積，具有更大的內(nèi)容積比；③該螺桿轉(zhuǎn)子軸向尺寸短，結(jié)構(gòu)緊湊；④吸氣段和排氣段都為等螺距且等截面型線，降低了螺桿轉(zhuǎn)子的加工難度。附圖說明圖1為錐形螺桿轉(zhuǎn)子的截面型線和軸向距離圖。圖2為錐形螺桿轉(zhuǎn)子的軸向距離H(τ)和螺距P(τ)的變化規(guī)律圖。圖3為錐形螺桿轉(zhuǎn)子的截面型線圖。圖4為錐形螺桿轉(zhuǎn)子的截面型線隨螺旋展開角τ的變化圖。圖5為主螺桿轉(zhuǎn)子Ⅰ圖。圖6為從螺桿轉(zhuǎn)子Ⅱ圖。圖7為主螺桿轉(zhuǎn)子Ⅰ和從螺桿轉(zhuǎn)子Ⅱ的嚙合圖。圖中：L1、L2、L3—螺桿轉(zhuǎn)子的吸氣段、壓縮段、排氣段；τ、τa、τb、τc—螺旋展開角；H(τ)—螺桿轉(zhuǎn)子的軸向距離；H1(τ)、H2(τ)、H3(τ)—吸氣段、壓縮段、排氣段的軸向距離；P1(τ)、P2(τ)、P3(τ)—吸氣段、壓縮段、排氣段的螺距；Pa—初始螺距；Pb—終止螺距；a—吸氣段的截面型線；b—排氣段的截面型線；R1—齒頂圓弧BC的半徑；R2—節(jié)圓半徑；R3—齒根圓弧DE的半徑；Rb—圓漸開線AB的基圓半徑；R1a、R1b—吸氣段的截面型線、排氣段的截面型線中的齒頂圓弧BC的半徑；R1c、R1d、R1e—不同螺旋展開角τ對應(yīng)的截面型線中的齒頂圓弧BC的半徑；R3a、R3b—吸氣段的截面型線a、排氣段的截面型線b中的齒根圓弧DE的半徑；R3c、R3d、R3e—不同螺旋展開角τ對應(yīng)的截面型線中的齒根圓弧DE的半徑；Ⅰ—主螺桿轉(zhuǎn)子；L11、L12、L13—主螺桿轉(zhuǎn)子Ⅰ的吸氣段、壓縮段、排氣段；Ⅱ—從螺桿轉(zhuǎn)子；L21、L22、L23—從螺桿轉(zhuǎn)子Ⅱ的吸氣段、壓縮段、排氣段；1—主斜齒面；2—主齒背螺旋線；3—主齒頂面；4—主齒尖螺旋線；5—主凹齒面；6—主齒根面；7—主擺線齒面；1＇—從斜齒面；2＇—從齒背螺旋線；3＇—從齒頂面；4＇—從齒尖螺旋線；5＇—從凹齒面；6＇—從齒根面；7＇—從擺線齒面；k—錐度。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。如圖1所示，為錐形螺桿轉(zhuǎn)子的截面型線和軸向距離圖，錐形螺桿轉(zhuǎn)子由吸氣段L1、壓縮段L2和排氣段L3組成，吸氣段L1、壓縮段L2和排氣段L3的螺旋展開角τ的范圍分別為0≤τ≤τa、τa≤τ≤τb和τb≤τ≤τc；吸氣段L1和排氣段L3為等螺距，吸氣段L1和排氣段L3之間采用壓縮段L2進(jìn)行過渡，壓縮段L2為變螺距；螺桿轉(zhuǎn)子的軸向距離H(τ)和螺距P(τ)的公式如下：H(τ)=H1(τ),0≤τ≤τaH2(τ),τa≤τ≤τbH3(τ),τb≤τ≤τc,P(τ)=P1(τ),0≤τ≤τaP2(τ),τa≤τ≤τbP3(τ),τb≤τ≤τc]]>其中，τ為螺旋展開角，rad；對于整個(gè)螺桿轉(zhuǎn)子，其螺旋展開角τ的取值范圍為0≤τ≤τc；軸向距離H(τ)和螺距P(τ)滿足如下公式：P(τ)=2πdH(τ)dτ]]>軸向距離H(τ)和螺距P(τ)在τ＝τa時(shí)和τ＝τb時(shí)光滑連接，需要滿足的條件如下：且如圖2所示，為錐形螺桿轉(zhuǎn)子的軸向距離H(τ)和螺距P(τ)的變化規(guī)律圖；圖(a)為軸向距離H(τ)與螺旋展開角τ的關(guān)系圖，圖(b)為螺距P(τ)與螺旋展開角τ的關(guān)系圖；錐形螺桿轉(zhuǎn)子的吸氣段L1為等螺距，其螺距P1(τ)＝Pa，吸氣段的軸向距離H1(τ)的變化規(guī)律如下：H1(τ)=Pa2πτ,0≤τ≤τa]]>其中，Pa為初始螺距，mm；壓縮段L2為變螺距，其螺距P2(τ)的變化規(guī)律如下：P2(τ)=Pa-Pb2cos(π(τ-τa)τb-τa)+Pa+Pb2,τa≤τ≤τb]]>其中，Pb為終止螺距，mm；壓縮段的軸向距離H2(τ)的變化規(guī)律如下：H2(τ)=(Pa-Pb)(τa-τb)sin(π(τ-τa)τa-τb)(2π)2+(Pa+Pb)τ+(Pa-Pb)τa4π,τa≤τ≤τb]]>排氣段L3為等螺距，其螺距P3(τ)＝Pb，Pa>Pb，排氣段的軸向距離H3(τ)的變化規(guī)律如下：H3(τ)=Pbτ2π+(Pb-Pa)(τa+τb)4π,τb≤τ≤τc]]>如圖2(a)所示，吸氣段的軸向距離H1(τ)與壓縮段的軸向距離H2(τ)在螺旋展開角τ＝τa時(shí)光滑連接，壓縮段的軸向距離H2(τ)與排氣段的軸向距離H3(τ)在螺旋展開角τ＝τb時(shí)光滑連接；如圖2(b)所示，吸氣段的螺距P1(τ)與壓縮段的螺距P2(τ)在螺旋展開角τ＝τa時(shí)光滑連接，壓縮段的螺距P2(τ)與排氣段的螺距P3(τ)在螺旋展開角τ＝τb時(shí)光滑連接。如圖3所示，為錐形螺桿轉(zhuǎn)子的截面型線圖；錐形螺桿轉(zhuǎn)子的截面型線隨螺旋展開角τ由0至τc連續(xù)變化，任意螺旋展開角τ對應(yīng)的截面型線都由5段曲線和2個(gè)點(diǎn)連接組成，依次為：圓漸開線AB、齒背點(diǎn)B、齒頂圓弧BC、齒尖點(diǎn)C、第一擺線CD、齒根圓弧DE、第二擺線EA。如圖1所示，為錐形螺桿轉(zhuǎn)子的截面型線和軸向距離圖；錐形螺桿轉(zhuǎn)子的截面型線隨螺旋展開角τ由0至τc連續(xù)變化，吸氣段L1和排氣段L3為等截面型線，分別采用吸氣段的截面型線a和排氣段的截面型線b，壓縮段L2的截面型線隨螺旋展開角τ連續(xù)變化，當(dāng)τ＝τa時(shí)，截面型線為吸氣段的截面型線a，螺旋展開角τ由τa增加至τb，截面型線由吸氣段的截面型線a連續(xù)變化至排氣段的截面型線b；對于任意的螺旋展開角τ，齒頂圓弧BC的半徑R1、節(jié)圓半徑R2、齒根圓弧DE的半徑R3和圓漸開線AB的基圓半徑Rb，均滿足R1+R3＝2R2且R3＝Rb，節(jié)圓半徑R2不隨螺旋展開角τ改變而改變，截面型線中齒頂圓弧BC的半徑R1隨螺旋展開角τ的變化規(guī)律為R1(τ)，公式如下：R1(τ)=R1a,0≤τ≤τaH2(τb)-H2(τa)2k(τb-τa)(τ-τb)+R1b,τa≤τ≤τbR1b,τb≤τ≤τc]]>其中，R1a為吸氣段的截面型線a中的齒頂圓弧BC的半徑，mm；R1b為排氣段的截面型線b中的齒頂圓弧BC的半徑，mm，且R1a>R1b。如圖4所示，為錐形螺桿轉(zhuǎn)子的截面型線隨螺旋展開角τ的變化圖；圖(a)和圖(b)為吸氣段L1的截面型線，螺旋展開角τ由0逐漸增加至τa，截面型線保持不變且為吸氣段的截面型線a；由圖(b)到圖(f)為壓縮段L2的截面型線，相鄰截面型線之間的螺旋展開角τ增加0.5π，隨著螺旋展開角τ由τa逐漸增加至τb，齒頂圓弧BC的半徑由R1a逐漸減小至R1b，即R1a>R1c>R1d>R1e>R1b，齒根圓弧DE的半徑由R3a逐漸增大至R3b，即R3a<R3c<R3d<R3e<R3b，節(jié)圓半徑R2保持不變，截面型線由吸氣段的截面型線a連續(xù)變化至排氣段的截面型線b；圖(f)、圖(g)和圖(h)為排氣段L3的截面型線，螺旋展開角τ由τb逐漸增加至τc，截面型線保持不變且為排氣段的截面型線b。如圖5所示，為主螺桿轉(zhuǎn)子Ⅰ圖，主螺桿轉(zhuǎn)子Ⅰ是一種錐形螺桿轉(zhuǎn)子；包括：吸氣段L11、壓縮段L12和排氣段L13；吸氣段L11為等螺距且等截面型線，其截面型線為吸氣段的截面型線a；排氣段L13為等螺距且等截面型線，其截面型線為排氣段的截面型線b，吸氣段L11的螺距Pa大于排氣段L13的螺距Pb，吸氣段的截面型線a中的齒頂圓弧BC的半徑R1a大于排氣段的截面型線b中的齒頂圓弧BC的半徑R1b，吸氣段的截面型線a中的齒根圓弧DE的半徑R3a小于排氣段的截面型線b中的齒根圓弧DE的半徑R3a；吸氣段L11和排氣段L13之間采用壓縮段L12進(jìn)行過渡，壓縮段L12為變螺距且變截面型線的錐形螺桿轉(zhuǎn)子，壓縮段L12中的主齒頂面3和主齒根面6的錐度為k，公式如下：k=H2(τb)-H2(τa)2(R1a-R1b)]]>如圖6所示，為從螺桿轉(zhuǎn)子Ⅱ圖，從螺桿轉(zhuǎn)子Ⅱ是一種錐形螺桿轉(zhuǎn)子，從螺桿轉(zhuǎn)子Ⅱ與主螺桿轉(zhuǎn)子Ⅰ的螺旋展開方向相反。如圖7所示，為主螺桿轉(zhuǎn)子Ⅰ與從螺桿轉(zhuǎn)子Ⅱ的嚙合圖，主螺桿轉(zhuǎn)子Ⅰ由5個(gè)齒面和2條螺旋線組成，分別為主斜齒面1、主齒背螺旋線2、主齒頂面3、主齒尖螺旋線4、主凹齒面5、主齒根面6和主擺線齒面7，分別是由截面型線中的圓漸開線AB、齒背點(diǎn)B、齒頂圓弧BC、齒尖點(diǎn)C、第一擺線CD、齒根圓弧DE和第二擺線EA生成；在工作中，主螺桿轉(zhuǎn)子Ⅰ與從螺桿轉(zhuǎn)子Ⅱ能夠?qū)崿F(xiàn)正確嚙合：主螺桿轉(zhuǎn)子Ⅰ的吸氣段L11、壓縮段L12和排氣段L13，分別與從螺桿轉(zhuǎn)子Ⅱ的吸氣段L21、壓縮段L22和排氣段L23能夠?qū)崿F(xiàn)正確嚙合；同時(shí)，主螺桿轉(zhuǎn)子Ⅰ的主斜齒面1、主齒背螺旋線2、主齒頂面3、主齒尖螺旋線4、主凹齒面5、主齒根面6和主擺線齒面7，分別與從螺桿轉(zhuǎn)子Ⅱ的從斜齒面1＇、從擺線齒面7＇、從齒根面6＇、從凹齒面5＇、從齒尖螺旋線4＇、從齒頂面3＇和從齒背螺旋線2＇能夠?qū)崿F(xiàn)正確嚙合。上述雖然結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但并非對本實(shí)用新型保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本實(shí)用新型的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍以內(nèi)。當(dāng)前第1頁1 2 3