專利名稱:旋轉(zhuǎn)式流體機(jī)器的制作方法
本發(fā)明一般地說涉及一種旋轉(zhuǎn)機(jī)器，更準(zhǔn)確地說涉及一種旋轉(zhuǎn)式流體機(jī)器。
在流體壓縮機(jī)技術(shù)中已經(jīng)公知的、例如如表示一般工作原理的示意圖圖10所示的一種蝸殼式壓縮機(jī)的典型結(jié)構(gòu)是這樣的，即提供兩個(gè)具有相同斷面形狀的蝸殼形或螺旋形構(gòu)件，一個(gè)螺旋形構(gòu)件(2)固定在帶有通常在中心的排出口(4)的密封端蓋的表面上。另外在這種結(jié)構(gòu)中，這兩個(gè)螺旋形構(gòu)件互相相對(duì)圓周錯(cuò)開180度，并且相對(duì)位置錯(cuò)開2ρ距離(＝螺旋形螺距-2×螺旋形構(gòu)件板的厚度)，從而以圖中示意地表示的這種方式互相嵌套，即它們可處于在(51)、(52)和(51′)、(52′)四點(diǎn)處互相緊靠接觸的相對(duì)位置。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)應(yīng)該進(jìn)一步指出，一個(gè)螺旋形構(gòu)件(2)安排成位置固定的，并通過采用一個(gè)半徑為ρ的曲柄機(jī)構(gòu)把一個(gè)構(gòu)件(1)安排成以半徑ρ＝00′繞螺旋形構(gòu)件(2)的中心O作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或太陽(yáng)軌道運(yùn)動(dòng)，而沒有繞它自己軸線的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)或行星運(yùn)動(dòng)。
用這樣的結(jié)構(gòu)，定義了沿螺旋形構(gòu)件(1)、(2)擴(kuò)展并分別在接觸點(diǎn)(51)、(52)和(51′)、(52′)之間緊密封閉的小空間或腔室(3)、(3)，這些腔室(3)、(3)的容積隨著螺旋形構(gòu)件(1)的太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)或回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)而逐漸變化。
更準(zhǔn)確地考察時(shí)應(yīng)該指出，當(dāng)螺旋形構(gòu)件(1)最初從圖10(A)所示的位置開始回轉(zhuǎn)90度時(shí)，它變成處于圖10(B)所示的狀態(tài)，當(dāng)它回轉(zhuǎn)到180度時(shí)，它變成處于圖10(C)所示的狀態(tài)，而當(dāng)它進(jìn)一步回轉(zhuǎn)到270度時(shí)，它變成處于圖10(D)所示的狀態(tài)。隨著螺旋形構(gòu)件(1)作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，小腔室(3)、(3)的容積逐漸連續(xù)減少，最后這些腔室互相連通并合并成一個(gè)緊密封閉的小腔室(53)。接著，當(dāng)它從圖10(D)所示的狀態(tài)再回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)90度時(shí)，它變回到圖10(A)所示位置的狀態(tài)，而小腔室(53)這時(shí)將隨著它從圖10(B)所示狀態(tài)向圖10(C)和圖10(D)所示狀態(tài)之間變?yōu)樽钚∪莘e。在此回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)階段，外部空間如圖10(B)中所看到的那樣開始敞開，隨著構(gòu)件(1)從圖10(C)的狀態(tài)經(jīng)過圖10(D)的狀態(tài)變到圖10(A)的狀態(tài)而逐漸增大，從而從這些外部空間引入另一些新空氣體積進(jìn)入終將合并在一起的緊密封閉的小腔室，然后重復(fù)此回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)循環(huán)，以致于這樣吸進(jìn)螺旋形構(gòu)件的外部空間的氣體可以相應(yīng)地被壓縮，從而從排出口(4)排出。
上面的說明涉及蝸殼式壓縮機(jī)的一般工作原理，下面借助于以縱剖視表示該壓縮機(jī)總體結(jié)構(gòu)的圖11更具體地引用這種蝸殼式壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)，可以看出殼體(10)由前端蓋(11)、后端蓋(12)和圓柱殼(13)組成。后端蓋(12)帶有進(jìn)口(14)和排出口(15)，二者都伸到后端蓋的外面，后端蓋還與由螺旋或螺線翅片(252)和輻盤(251)組成的固定蝸殼件(25)固定安裝。前端蓋(11)宜于作為樞軸安裝一個(gè)帶曲柄銷(23)的主軸(17)。圖12是沿圖11中箭頭Ⅻ-Ⅻ定義的平面所取的橫剖視圖，象圖12中典型地表示的那樣，在與曲柄銷(23)的相互運(yùn)轉(zhuǎn)關(guān)系中可以看出，通過一個(gè)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(它包括一個(gè)徑向滾針軸承(26)、回轉(zhuǎn)蝸殼件(24)的輪轂(243)、一個(gè)方斷面套筒件(271)、一個(gè)滑塊件(291)、一個(gè)環(huán)形件(292)和一個(gè)止動(dòng)凸起(293)等)提供一個(gè)回轉(zhuǎn)蝸殼件(24)，它包括一個(gè)螺旋形構(gòu)件(242)和一個(gè)盤(241)。
如在本發(fā)明人提出的日本專利申請(qǐng)No、197，672/1981中所詳細(xì)說明的那樣，包含在蝸殼式壓縮機(jī)中的蝸殼形或螺旋形構(gòu)件(1)、(2)的一般形狀的設(shè)計(jì)工程作法是這樣的，即這些螺旋形構(gòu)件的徑向內(nèi)、外輪廓曲線的主要部分一般可設(shè)計(jì)成由漸開線函數(shù)組成。如上面給出的這種壓縮機(jī)的工作原理說明中還指出的那樣，小腔室53在其工作循環(huán)的某部分內(nèi)將減小其工作容積，從而保證高壓流體從排出口排出。關(guān)于此工作循環(huán)，遇到所謂“擠壓間隙容積”(top clearance volume)現(xiàn)象，它是由小腔室的容積不可能變成零或消失這樣一個(gè)事實(shí)所引起的，因?yàn)樵趯?shí)際結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中螺旋形構(gòu)件的厚度不可能弄成零。
更準(zhǔn)確地考察時(shí)，如螺旋形構(gòu)件中心區(qū)局部放大圖圖13中進(jìn)一步詳細(xì)表示的那樣，其中圖(A)對(duì)應(yīng)著圖10(C)，當(dāng)螺旋形構(gòu)件(1)進(jìn)行回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，定義于兩個(gè)互補(bǔ)的螺旋形構(gòu)件(1)、(2)的接觸點(diǎn)(52)和(52′)之間的小腔室(53)將處于其工作位置，如圖13(B)中以類似的方式所示的那樣，其中小腔室(53)的容積變?yōu)樽钚≈?。然后?dāng)螺旋形構(gòu)件(1)繼續(xù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過些特定的嚙合點(diǎn)時(shí)，螺旋形構(gòu)件(1)、(2)互相脫離，從而使它們之間的接觸點(diǎn)(52)、(52)相應(yīng)地消失。在這一瞬間，定義在這兩個(gè)螺旋形構(gòu)件(1)、(2)之間的小腔室(53)與定義在每個(gè)螺旋形構(gòu)件外面的小腔室(3)、(3)連通。
由于已經(jīng)公知的旋轉(zhuǎn)機(jī)器結(jié)構(gòu)中的這種位置關(guān)系，不可避免的是在高壓下封閉在圖13(B)所示的當(dāng)時(shí)最小的容積中的流體因而再次與小腔室(3)、(3)連通而不是從排出口(4)排出。因此，到此為止對(duì)相當(dāng)于擠壓間隙容積的流體所作的功將相應(yīng)地直接變成功損失。
此外，由于在普通的旋轉(zhuǎn)機(jī)器結(jié)構(gòu)中設(shè)計(jì)工程的一般作法是，螺旋形構(gòu)件(1)和(2)的前沿是一個(gè)尖角，所以它在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)被損壞的概率比較高。再者，螺旋形構(gòu)件的這種尖角前沿一般需要額外的加工工時(shí)數(shù)。
為了克服上面說到的普通旋轉(zhuǎn)式流體機(jī)器所特有的這些缺點(diǎn)，本發(fā)明人以前已提出了日本專利申請(qǐng)206，088/1982的裝備有如圖14以局部正視圖明確表示的那種形式的螺旋形構(gòu)件的旋轉(zhuǎn)式流體機(jī)器結(jié)構(gòu)的措施。
更具體地引用根據(jù)此日本專利申請(qǐng)的結(jié)構(gòu)，如圖14所示，一般結(jié)構(gòu)是這樣的，即提供一個(gè)標(biāo)號(hào)為(501)的固定螺旋形構(gòu)件，其中該螺旋形構(gòu)件(501)的徑向外表面和內(nèi)表面的曲線分別標(biāo)以(601)和(602)。可以看出，徑向外曲線(601)定義為基圓半徑為b起點(diǎn)為A的漸開線，徑向內(nèi)曲線(602)的曲線段E-F是相位與徑向外曲線(601)錯(cuò)開(π-ρ/b)的漸開線，而曲線段D-E是半徑為R的一段圓弧。此外，用來平滑地連接徑向外曲線和內(nèi)曲線(601)和(602)的標(biāo)號(hào)為(603)的連接曲線是半徑為r的一段圓弧。A點(diǎn)是外曲線(601)在漸開線上的起點(diǎn)，B點(diǎn)是外曲線(601)和連接曲線(603)之間的邊界點(diǎn)，兩曲線在該點(diǎn)共有同一條切線。C點(diǎn)是定義在徑向外曲線(601)的足夠遠(yuǎn)處的一點(diǎn)，而D點(diǎn)是內(nèi)曲線(602)和連接曲線(603)之間的邊界點(diǎn)，半徑為R和r的兩段圓弧在該點(diǎn)相切。E點(diǎn)是徑向內(nèi)曲線(602)的圓弧段(從D點(diǎn)到E點(diǎn)之間)和漸開線段E-F之間的邊界點(diǎn)，兩曲線在該點(diǎn)共有同一條切線?？梢钥闯?，F(xiàn)點(diǎn)是存在于內(nèi)曲線(602)的足夠遠(yuǎn)處的一點(diǎn)。
應(yīng)該指出，另一個(gè)回轉(zhuǎn)螺旋形構(gòu)件(502)是相同結(jié)構(gòu)的。
現(xiàn)在，半徑R和r可由下式給出，即R＝ρ+bβ+d (1)r＝bβ+d (2)式中，ρ是回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)半徑;
b是基圓半徑
d =b2- (ρ2+ b β )22 (ρ2+ b β )( 3 )]]>β是一個(gè)參數(shù)。
參數(shù)β等于由一個(gè)過原點(diǎn)O的直線段和X軸負(fù)半軸所定義的角度?？梢钥闯觯^原點(diǎn)O并成β角的該直線段與基圓的兩個(gè)交點(diǎn)存在于線段EO2和BO1上。還可以看出，直線段EO2和BO1延長(zhǎng)線在上面指出的交點(diǎn)處與基圓相切。
更準(zhǔn)確地說應(yīng)該指出，參數(shù)β定義為用來在螺旋形構(gòu)件的形狀中為徑向外曲線和內(nèi)曲線建立漸開線而給定的邊界條件，反言之，此參數(shù)β將最終定義得到真正漸開線的邊界點(diǎn)E和B。
根據(jù)旋轉(zhuǎn)式流體機(jī)器的一般結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)工程的習(xí)慣作法是這樣的，即E點(diǎn)和B點(diǎn)之間的曲線段可以適當(dāng)確定以避免兩個(gè)螺旋形構(gòu)件在它們之間接觸，而這兩個(gè)具有從外接觸點(diǎn)延伸過來的曲線的構(gòu)件之間的極限接觸點(diǎn)變?yōu)镋點(diǎn)和B點(diǎn)。根據(jù)這種工程作法，一般認(rèn)為當(dāng)固定螺旋形構(gòu)件部分上的E點(diǎn)將與回轉(zhuǎn)螺旋形構(gòu)件上的B點(diǎn)緊靠接觸時(shí)，這些構(gòu)件的曲線輪廓這樣設(shè)計(jì)，即在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)在它們的相對(duì)運(yùn)動(dòng)中，它們可以互相脫離。
現(xiàn)在，參見圖15，圖中畫出一個(gè)帶有這些螺旋形構(gòu)件之間的嚙合點(diǎn)或接觸點(diǎn)(552)和(552′)的回轉(zhuǎn)螺旋形構(gòu)件(502)、一個(gè)定義在接觸點(diǎn)(552)和(552′)之間的小空間或腔室(553)、以及外部空間或腔室(503)、(503)。應(yīng)該指出，圖15(A)對(duì)應(yīng)著圖13(A)，圖15(B)對(duì)應(yīng)著圖13(B)，而圖15(C)、15(D)和15(E)依次分別表示繼續(xù)回轉(zhuǎn)時(shí)螺旋形構(gòu)件(502)所占據(jù)的位置。
根據(jù)此方案的具體結(jié)構(gòu)應(yīng)該指出，當(dāng)兩個(gè)螺旋形構(gòu)件(501)和(502)按圖15(A)、15(B)、15(C)、15(D)和15(E)中所見的順序進(jìn)行相對(duì)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，定義在接觸點(diǎn)(552)、(552′)之間的小腔室(553)的空間或容積將連續(xù)逐漸減小，直到接觸點(diǎn)(552)和(552′)最后并為如圖15(E)所示的同一點(diǎn)的時(shí)刻為止，因而這時(shí)小腔室(553)的現(xiàn)有容積將變?yōu)榱慊蛳А?br>根據(jù)以上說明考察時(shí)應(yīng)該指出，由于相應(yīng)地消除了在普通結(jié)構(gòu)中仍然存在的所謂擠壓間隙容積，置于壓力之下的全部流體體積都被從排出口(未畫出)排出，完全沒有任何損失。因而，由壓縮機(jī)對(duì)流體所作的全部功是十分有效的，從而防止出現(xiàn)任何功損失，否則在普通旋轉(zhuǎn)式流體機(jī)器結(jié)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)這種功損失是不可避免的。
雖然為了便于說明在上述作法中把排出口的工作容積忽略不計(jì)，但實(shí)際上需要在適當(dāng)?shù)奈恢锰峁┮粋€(gè)排出口，其中定義小腔室(553)。在上面指出的這種作法中或多或少地產(chǎn)生擠壓間隙容積實(shí)際上是不可避免的，但這將限于事實(shí)上很小的尺寸，小到完全可以把它估計(jì)成事實(shí)上為零。
還應(yīng)指出，由于采用了弧形點(diǎn)或連接曲線(603)，象圖14中典型地表示的那樣，螺旋形構(gòu)件(501)和(502)的每個(gè)中心前沿都不是尖角的。因此能很好地避免該前沿區(qū)在機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)生破裂或損壞的危險(xiǎn)，此外，它將事實(shí)上有助于使螺旋形構(gòu)件容易加工，即在徑向內(nèi)曲線(602)的D點(diǎn)和E點(diǎn)之間的連接部及在連接曲線(603)本身分別提供了圓弧曲線。
由于采用上面指出的方案，雖然許多缺點(diǎn)可以相應(yīng)地解決，從而產(chǎn)生許多優(yōu)點(diǎn)，但是偶爾下列麻煩是不可避免的，即(Ⅰ)更準(zhǔn)確地說應(yīng)該指出，有三個(gè)設(shè)計(jì)因素決定著螺旋形構(gòu)件的一般形狀，它們是漸開線的基圓半徑b、回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)半徑ρ和角參數(shù)β(它代表定義漸開線的邊界條件)。然而，在流體機(jī)器的實(shí)際制造中;一般作法是使用立銑刀，因此這將給在加工條件下所用銑刀的直徑帶來某些實(shí)際限制。根據(jù)日本專利申請(qǐng)NO、206，088/1982中所公開的結(jié)構(gòu)可以發(fā)現(xiàn)由于螺旋形構(gòu)件輪廓中圓弧段E-D的曲率半徑R受限制而不得不采用小直徑立銑刀的情況。由于這樣的限制，有時(shí)由于立銑刀剛度不足等原因使螺旋形構(gòu)件的加工誤差或加工周期不可避免地加大。
(Ⅱ)另外，當(dāng)兩個(gè)螺旋形構(gòu)件的加工有一定程度的誤差時(shí)或者當(dāng)兩個(gè)螺旋形構(gòu)件之間的相對(duì)位置關(guān)系有誤差時(shí)，可能在兩個(gè)螺旋形構(gòu)件上產(chǎn)生異常力。例如在蝸殼式壓縮機(jī)的情況下，一般的趨勢(shì)是在高負(fù)載下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)在那些當(dāng)機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)存在著低壓值與高壓值之間的很大壓差的部位，上面指出的異常力可能變得更大。在這樣的條件下，圖14所示螺旋形構(gòu)件的半徑為r的圓弧附近的前沿?fù)p壞的概率很高，因?yàn)檫@個(gè)前沿區(qū)的剛度比較小。
在其中兩個(gè)螺旋形構(gòu)件設(shè)計(jì)成互相接觸的流體機(jī)器里，由于兩個(gè)螺旋形構(gòu)件的徑向內(nèi)曲線表面的相對(duì)滑動(dòng)速度比其徑向外區(qū)的相對(duì)滑動(dòng)速度大得多，所以在構(gòu)件的徑向內(nèi)表面將出現(xiàn)較大的磨損或磨蝕量。當(dāng)這種磨損程度在機(jī)器以高負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)偶而增加得超過允許的最大限度時(shí)，則在壓縮機(jī)和有關(guān)零件中產(chǎn)生過量的磨損屑，它最終將使機(jī)器失效。
即使在兩個(gè)螺旋形構(gòu)件設(shè)計(jì)成不接觸式的場(chǎng)合，當(dāng)兩個(gè)螺旋形構(gòu)件的加工有一定程度的誤差時(shí)或者當(dāng)所包含的兩個(gè)螺旋形構(gòu)件之間的相對(duì)位置關(guān)系有誤差時(shí)，在機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)期間，在嚙合的互補(bǔ)螺旋形構(gòu)件的前沿區(qū)內(nèi)也將有相當(dāng)大程度的磨損或磨蝕，因而可能引起失效或類似的異?，F(xiàn)象。
(Ⅲ)在其中有包含在壓縮機(jī)中的具有上面指出的形狀的螺旋形構(gòu)件(252)、(242)的壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)中，有時(shí)會(huì)遇到，當(dāng)處于在機(jī)器的低壓側(cè)和高壓側(cè)之間一般存在著相當(dāng)大的壓差的高負(fù)載運(yùn)時(shí)，有構(gòu)件的徑向內(nèi)部前沿區(qū)偶爾在運(yùn)轉(zhuǎn)期間破壞的情況，這是因?yàn)槁菪蜆?gòu)件的如圖10(A)中箭頭所示的這個(gè)特定的內(nèi)部前沿區(qū)的剛度或剛性比任何其他區(qū)都小。
此外，在兩個(gè)螺旋形構(gòu)件安裝成互相接觸關(guān)系的流體機(jī)器結(jié)構(gòu)中，在構(gòu)件的徑向內(nèi)表面可能出現(xiàn)較大的磨損或磨蝕量，因?yàn)樵趦蓚€(gè)螺旋形構(gòu)件的徑向內(nèi)曲線表面的相對(duì)滑動(dòng)速度將變成比其徑向外部區(qū)的滑動(dòng)速度大得多。另一方面，在兩個(gè)螺旋形構(gòu)件設(shè)計(jì)成互相不接觸的流體機(jī)器結(jié)構(gòu)的情況下，當(dāng)兩個(gè)螺旋形構(gòu)件的加工有一定誤差時(shí)或者當(dāng)安裝在一起時(shí)它們之間的相對(duì)位置關(guān)系有誤差時(shí)，在機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)期間在所卷入的互補(bǔ)構(gòu)件中很可能有損壞或異常磨損，尤其在其前沿區(qū)更是如此。
鑒于上面指出的情況和麻煩，本發(fā)明因而被具體化以便實(shí)施，并且基本上針對(duì)一種改進(jìn)的旋轉(zhuǎn)式流體機(jī)器的構(gòu)造，它能對(duì)這些問題提供一種有效的解決辦法。
(Ⅰ)于是，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供用于旋轉(zhuǎn)式流體機(jī)器的螺旋形構(gòu)件形狀的一種改進(jìn)，它使得可以在其加工工序中使用直徑等于或稍小于待加工螺旋形構(gòu)件中相對(duì)葉片區(qū)之間的空隙或間隙的一半的一個(gè)立銑刀，從而保證盡可能小的加工誤差，并縮短加工時(shí)間周期。
(Ⅱ)本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供包含在流體機(jī)器中的螺旋形構(gòu)件結(jié)構(gòu)的一種改進(jìn)，當(dāng)兩個(gè)螺旋形構(gòu)件的加工有一定誤差時(shí)或者當(dāng)安裝在一起時(shí)它們之間的相對(duì)位置關(guān)系有誤差時(shí)，它可以防止在所卷入的構(gòu)件中發(fā)生可能的損壞或異常磨損。
(Ⅲ)本發(fā)明還有一個(gè)目的是提供螺旋形構(gòu)件形狀的一種改進(jìn)，它可以防止在構(gòu)件的徑向內(nèi)部前沿發(fā)生象流體機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)所遇到的可能的損壞或異常磨損。
根據(jù)本發(fā)明的本質(zhì)，簡(jiǎn)要地說提供一種旋轉(zhuǎn)式流體機(jī)器的改進(jìn)結(jié)構(gòu)，包括具有相同形狀并以互相嵌套的關(guān)系布置成互相錯(cuò)開180度的兩個(gè)蝸殼形或螺旋形構(gòu)件即一個(gè)固定螺旋形構(gòu)件和一個(gè)回轉(zhuǎn)螺旋形構(gòu)件，回轉(zhuǎn)螺旋形構(gòu)件宜于以回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)半徑ρ按太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)關(guān)系相對(duì)于固定螺旋形構(gòu)件回轉(zhuǎn)，這種改進(jìn)結(jié)構(gòu)可提供如下這樣的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，即(Ⅰ)其中兩個(gè)螺旋形裝置分別定義成具有由一條漸開線組成的徑向外曲線段、由另一條漸開線和半徑為R的一段圓弧組成的徑向內(nèi)曲線段、以及把徑向外曲線段與半徑為R的圓弧光滑連接的半徑為r的一段圓弧的輪廓，符合下式給出的幾何關(guān)系，即R＝ρ+bβ+dr＝bβ+dd =b2- (ρ2+ b β )22 (ρ2+ b β )]]>式中β≥π+π2·42·ρ2b]]>b是漸開線基圓半徑。
(Ⅱ)其中兩個(gè)螺旋形裝置分別用由一條漸開線組成的徑向外曲線、由帶有半徑為R的一段內(nèi)圓弧的另一條漸開線組成的徑向內(nèi)曲線、以及帶有半徑為r的一段圓弧并把徑向外曲線和半徑為R的圓弧連續(xù)光滑連接的一條連接曲線來定義，并且其中在兩個(gè)螺旋形裝置之間提供一個(gè)小空隙或間隙，當(dāng)以這樣的方式安裝成互相嚙合關(guān)系時(shí)，在由如下式所給出的角參數(shù)β確定的、定義真正漸開線的邊界點(diǎn)之間的范圍內(nèi)，整個(gè)內(nèi)曲線和連接曲線或其部分可以脫離互相嚙合的關(guān)系，即R＝ρ+bβ+d
r＝bβ+dd =b2- (ρ2+ b β )22 (ρ2+ b β )]]>式中，b是漸開線基圓半徑。
(Ⅲ)其中兩個(gè)螺旋形裝置分別用由一條漸開線組成的徑向外曲線、由帶有半徑為R的一段內(nèi)圓弧的另一條漸開線組成的徑向內(nèi)曲線、以及帶有半徑為r的一段圓弧并把徑向外曲線和半徑為R的圓弧連續(xù)光滑連接的一條連接曲線來定義，并且其中在兩個(gè)螺旋形裝置之間提供一個(gè)小空隙或間隙，當(dāng)以這樣的方式安裝成互相嚙合關(guān)系時(shí)，在角參數(shù)β所確定的定義真正漸開線的邊界點(diǎn)稍微往外的區(qū)域內(nèi)的由角參數(shù)(β+△β)所確定的兩點(diǎn)之間的范圍內(nèi)，整個(gè)內(nèi)曲線和連接曲線或其部分可以脫離互相嚙合的關(guān)系，符合下式，即R＝ρ+bβ+dr＝bβ+dd =b2- (ρ2+ b β )22 (ρ2+ b β )]]>式中b是漸開線基圓半徑。
借助于上面指出的這樣一種有利的結(jié)構(gòu)，保證了下列(Ⅰ)、(Ⅱ)、(Ⅲ)條中這樣的效應(yīng)和功能，即(Ⅰ)用于廉價(jià)高性能的旋轉(zhuǎn)式流體機(jī)器中的螺旋形構(gòu)件形狀的改進(jìn)，使得可以把直徑足夠大的立銑刀用于待加工的螺旋形構(gòu)件中相對(duì)葉片區(qū)之間空隙或間隙的加工工序，從而保證盡可能小的加工誤差并縮短加工時(shí)間周期。
(Ⅱ)用于旋轉(zhuǎn)式流體機(jī)器中的螺旋形構(gòu)件形狀的改進(jìn)，能有助于通過防止在所卷入的構(gòu)件中發(fā)生可能的損壞和異常磨損來保證流體機(jī)器具有長(zhǎng)工作壽命和高性能，由此在投入工業(yè)應(yīng)用時(shí)可以帶來明顯的利益。
(Ⅲ)用于流體機(jī)器中的螺旋形構(gòu)件形狀的改進(jìn)，可以有效地防止在構(gòu)件的徑向內(nèi)部前沿區(qū)發(fā)生在普通結(jié)構(gòu)中當(dāng)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)所遇到的可能的磨損或損壞，由此可提供一種高性能流體機(jī)器，它在投入工業(yè)應(yīng)用時(shí)可以帶來明顯的利益。
考慮下面示范的按目前的理解實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的最佳方式的最佳實(shí)施例的詳細(xì)說明，本發(fā)明的附加特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)對(duì)于通曉該技術(shù)的人員將變得更明顯。詳細(xì)說明具體地對(duì)照附圖。
圖1是表示作為本發(fā)明的第一最佳實(shí)施例的包含在旋轉(zhuǎn)式流體機(jī)器中的蝸殼形或螺旋形構(gòu)件的形狀的示意正視圖;
圖2是表示作為本發(fā)明的第二實(shí)施例的螺旋形構(gòu)件的類似的正視圖;
圖3、圖4和圖5分別是表示圖2所示螺旋形構(gòu)件的輪廓的進(jìn)一步改進(jìn)的類似正視圖;
圖6是表示本發(fā)明的第三實(shí)施例的類似正視圖;
圖7是表示在圖6所示螺旋形構(gòu)件的前沿區(qū)周圍產(chǎn)生的壓力分布的示意模型圖;
圖8和圖9是表示圖6所示螺旋形構(gòu)件輪廓的改進(jìn)的類似正視圖;
圖10是依次表示已經(jīng)公知的蝸殼式壓縮機(jī)的工作原理的一組示意圖;
圖11是表示已經(jīng)公知的蝸殼式壓縮機(jī)總成的總體結(jié)構(gòu)的縱剖視圖;
圖12是沿圖11中的Ⅻ-Ⅻ線所取的橫剖視圖;
圖13是以剖面表示互補(bǔ)的螺旋形構(gòu)件的相對(duì)工作關(guān)系的變化方式的一組局部放大圖;
圖14是表示日本專利申請(qǐng)NO、206，088/1982中公開的先有技術(shù)螺旋形構(gòu)件的部分輪廓的示意正視圖;
圖15是表示裝在蝸殼式壓縮機(jī)上時(shí)，圖14所示的互補(bǔ)螺旋形構(gòu)件的相對(duì)工作關(guān)系的變化方式的一織局部放大剖視圖。
下面償助于實(shí)際上適用于旋轉(zhuǎn)式流體機(jī)器的第一最佳實(shí)施例對(duì)照本發(fā)明。參見圖1，它是螺旋形構(gòu)件的正視圖，其中類似的部分標(biāo)注相同的標(biāo)號(hào)，而且這里以與圖14中相同的比例尺畫出這些類似構(gòu)件。此外應(yīng)該指出，所用字母R、r和d與上面式(1)、(2)和(3)中出現(xiàn)的字母一致，而參數(shù)β取為滿足下式(4)，即β≥π+π2·42·ρ2b(4)]]>在此圖中畫出一個(gè)固定螺旋形構(gòu)件(505)的輪廓，它有徑向外表面曲線(701)和徑向內(nèi)表面曲線(702)。還可看出，徑向外曲線(701)由一條漸開線組成，漸開線起點(diǎn)為A點(diǎn)，其基圓半徑為b。還畫出在徑向內(nèi)曲線(702)上過E點(diǎn)和F點(diǎn)的曲線段，它是相對(duì)于徑向外曲線(701)錯(cuò)開其相位角(π-ρ/b)的一條漸開線。曲線段D-E是半徑為R、圓心為O2的一段圓弧，如式(1)所給出的那樣。此外還畫出一段連接曲線(703)，它把徑向外曲線(701)和徑向內(nèi)曲線(702)連接起來，它是半徑為r、圓心為O1的一段圓弧，如式(2)所給出的那樣。A點(diǎn)是基圓半徑為b的外曲線(701)漸開線的起點(diǎn)，而B點(diǎn)是外曲線(701)與連接曲線(703)之間的邊界點(diǎn)，兩曲線在該點(diǎn)共有同一條切線。
還畫出C點(diǎn)是存在于外曲線(701)的足夠遠(yuǎn)的范圍內(nèi)的一點(diǎn)，而D點(diǎn)是內(nèi)曲線(702)和連接曲線(703)之間的邊界點(diǎn)，半徑分別為R和r的兩段圓弧在該點(diǎn)相切。
E點(diǎn)是內(nèi)曲線(702)上圓弧D-E與漸開線E-F之間的邊界點(diǎn)，兩曲線在該點(diǎn)共有同一條切線。F點(diǎn)是存在于內(nèi)曲線(702)的足夠遠(yuǎn)的范圍內(nèi)的一點(diǎn)。
現(xiàn)在可以看出，角參數(shù)β代表過原點(diǎn)O的一條直線與負(fù)半X軸之間的夾角，過漸開線基圓圓心O并定義成β角的該直線與基圓的兩個(gè)交點(diǎn)分別在直線EO2和BO1的延長(zhǎng)線上求出。還可以看出，兩直線EO2和BO1的延長(zhǎng)線與基圓在上面指出的交點(diǎn)處相切，而這些直線EO2和BO1的延長(zhǎng)線是互相平行的。
在回轉(zhuǎn)螺旋形構(gòu)件部分也以類似方式很好地保持這種幾何關(guān)系。
在上面考察的這種螺旋形構(gòu)件形狀中，應(yīng)該指出，螺旋形構(gòu)件的相對(duì)葉片表面之間的空隙或間隙TG可以由下面式(5)給出，即TG＝πb+ρ (5)在此關(guān)系式中采用式(4)給出的參數(shù)，內(nèi)曲線的圓弧段半徑R可由下面式(6)給出R≥TG(6)用這種螺旋形構(gòu)件形狀，現(xiàn)在實(shí)際可行的是用直徑等于或稍小于螺旋形構(gòu)件的空隙或間隙TG的立銑刀加工在螺旋形構(gòu)件的相對(duì)葉片之間有限空間里的區(qū)段和圓弧段E-D。因此，在有這樣的尺寸限制的螺旋形構(gòu)件上用直徑比較大的立銑刀來加工是切實(shí)可行的，從而有助于解決有時(shí)在普通結(jié)構(gòu)的螺旋形構(gòu)件中碰到的麻煩。
關(guān)于本發(fā)明的上面指出的最佳實(shí)施例，如下所示的許多改進(jìn)和變動(dòng)是切實(shí)可行的，它們是(1)如圖1中用虛線典型地表示的那樣，在曲線段E-G還可以定義帶有小間隙或凹進(jìn)部分△C的一條備選的徑向內(nèi)曲線(710)，它向內(nèi)曲線(702)的徑向外側(cè)凹入。
在這種形狀中，G點(diǎn)是存在于連接曲線(703)上D點(diǎn)與B點(diǎn)之間的任意一點(diǎn)，為了圖解清晰起見，將該凹進(jìn)部分△C從實(shí)際凹進(jìn)部分尺寸按比例放大，該凹進(jìn)部分可以制成非常小的尺寸。
(2)雖未畫出，代替上面第(1)款中指出的徑向內(nèi)曲線上的凹進(jìn)部分△C的構(gòu)造，當(dāng)然可以在連接曲線部分相應(yīng)地提供備選的凹進(jìn)部分△C。
(3)一種備選的形狀是這樣的，即一個(gè)螺旋形構(gòu)件可以如圖1所示，而僅僅在互補(bǔ)的螺旋形構(gòu)件上可以帶有曲線凹進(jìn)部分△C，它可以作成與內(nèi)曲線和外曲線二者的輪廓組合，如上述第(1)和第(2)款中指出的那樣。
(4)另外，也可以采用這樣一種備選結(jié)構(gòu)，即兩個(gè)螺旋形構(gòu)件都作成帶有小凹進(jìn)部分的，從而在內(nèi)曲線和連接曲線部分定義它們之間的間隙。
在隨便哪一種符合第(1)至第(4)款中所示改進(jìn)的構(gòu)件輪廓的情況下，僅定義它們之間一個(gè)小間隙△C，它能有效地帶來有利的效應(yīng)，如這樣設(shè)計(jì)的日本專利申請(qǐng)NO、206，088/1982所企望的那樣，從而得到流體機(jī)器效率的真正改善。
(5)總之應(yīng)該指出，本發(fā)明不僅對(duì)壓縮機(jī)而且對(duì)其中包含蝸殼形或螺旋形構(gòu)件的任何其他設(shè)備都可相應(yīng)地取得同樣有效的結(jié)果。
下面借助于實(shí)際上適用于旋轉(zhuǎn)式流體機(jī)器的第二最佳實(shí)施例對(duì)照本發(fā)明。圖2是作為第二實(shí)施例的螺旋形構(gòu)件的正視圖，而圖3、圖4和圖5也是分別表示本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)的類似正視圖。
在圖2中，類似的部分標(biāo)注類似的標(biāo)號(hào)，而且這里以與圖14中相同的比例尺畫出這些類似構(gòu)件?，F(xiàn)在參見圖2，其中以標(biāo)號(hào)(701)圖出固定螺旋形構(gòu)件，它有徑向外曲線(711)和徑向內(nèi)曲線(712)。
可以看出，徑向外曲線(711)是起點(diǎn)為A、基圓半徑為b的一條漸開線，徑向內(nèi)曲線(712)的曲線段E-F是相對(duì)于外曲線(711)有角位移(π-ρ/b)的一條漸開線。還可看出，曲線段E-I是有與所用立銑刀半徑相同的半徑Rc的一段圓弧，而曲線段I-G是有圓心O3和半徑R的一段圓弧。還畫出連接曲線(713)，它是半徑為r的一段圓弧，它與外曲線(711)及內(nèi)曲線(712)光滑連接。
在這種螺旋形構(gòu)件輪廓中，應(yīng)該指出，內(nèi)曲線(712)的E-I-G段畫成帶一個(gè)小間隙△C，比圖14中所示的內(nèi)曲線(602)更接近外曲線(711)。雖然為了圖解清晰已將間隙△C相當(dāng)放大，但實(shí)際上凹進(jìn)部分的尺寸很小。
B點(diǎn)是存在于外曲線(711)和連接曲線(713)之間的邊界點(diǎn)，這些曲線可在該點(diǎn)共有同一條切線?？梢钥闯?，在B點(diǎn)以外的范圍內(nèi)(在C點(diǎn)側(cè))它是一條漸開線，而在B點(diǎn)以內(nèi)的范圍內(nèi)(在G點(diǎn)側(cè))它變成一段圓弧。
A點(diǎn)是外曲線(711)的起點(diǎn)，C點(diǎn)是存在于外曲線(711)的足夠遠(yuǎn)范圍內(nèi)的一個(gè)任意點(diǎn)，而F是存在于內(nèi)曲線(712)的足夠遠(yuǎn)范圍內(nèi)的一個(gè)任意點(diǎn)。G點(diǎn)是內(nèi)曲線(712)中半徑為R的圓弧與連接曲線(713)之間的交點(diǎn)，而且此點(diǎn)可以在D-B范圍內(nèi)半徑為r的圓弧上的任意位置。
此外應(yīng)該指出，在回轉(zhuǎn)螺旋形構(gòu)件的場(chǎng)合也可以很好地保持這種尺寸關(guān)系。
于是，半徑R和r可由下式給出，即R＝ρ+bβ+dr＝bβ+d式中，ρ是回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的半徑;
b是基圓半徑
d =b2- (ρ2+ b β )22 (ρ2+ b β )]]>β是代表選擇漸開線的邊界范圍的參數(shù)。
可以看出，過原點(diǎn)O并相對(duì)于X軸定義成β角的直線與直線EO2和直線BO1的延長(zhǎng)線互相垂直相交，而直線段EO2與BO1是互相平行的。
在本發(fā)明的此實(shí)施例中找出的與圖14所示者的主要差別在于內(nèi)曲線(712)的曲線段E-I-G的形狀及連接曲線(713)的B-G段的長(zhǎng)度，而且可以看出，圖2中的虛線相當(dāng)于圖14中所示的對(duì)應(yīng)曲線。
根據(jù)此實(shí)施例中螺旋形構(gòu)件的形狀，應(yīng)該指出，當(dāng)安裝到位時(shí)，固定螺旋形構(gòu)件(701)的內(nèi)曲線上足夠遠(yuǎn)的任意點(diǎn)處漸開線上的F點(diǎn)將與回轉(zhuǎn)螺旋形構(gòu)件(未畫出)部分上外曲線的漸開線段上的對(duì)應(yīng)點(diǎn)接觸，隨著，回轉(zhuǎn)螺旋形構(gòu)件的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)該接觸點(diǎn)將逐漸徑向內(nèi)移。而且接觸點(diǎn)移向固定螺旋形構(gòu)件(701)的內(nèi)曲線(712)上的E點(diǎn)，與回轉(zhuǎn)螺旋形構(gòu)件外曲線上的對(duì)應(yīng)點(diǎn)(與固定螺旋形構(gòu)件部分上的B點(diǎn)相同的點(diǎn))相接觸。隨著螺旋形構(gòu)件的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)進(jìn)一步繼續(xù)下去，可以看出現(xiàn)在使兩個(gè)構(gòu)件運(yùn)動(dòng)帶有定義在曲線(602)的曲線段E-D-G和曲線(712)的E-I-G段之間的間隙△C。
因而應(yīng)該指出，兩個(gè)螺旋形構(gòu)件之間在其中心前沿處的接觸嚙合將繼續(xù)到達(dá)E點(diǎn)(與相補(bǔ)螺旋形構(gòu)件上的B點(diǎn)接觸)之前，此后在互相嚙合的二者之間存在一個(gè)小間隙△C。用這種獨(dú)特的螺旋形構(gòu)件結(jié)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)下列效果和功能，即(1)可以有效地防止裝在一起的螺旋形構(gòu)件之間發(fā)生作用力過大的嚙合這種異常狀態(tài)的危險(xiǎn)，即使當(dāng)這些構(gòu)件的加工有一定程度的誤差時(shí)或者當(dāng)這些螺旋形構(gòu)件互相不處于正確的安裝狀態(tài)時(shí)也是如此。由于這樣的優(yōu)點(diǎn)，可以相應(yīng)地防止在高負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)剛度比較小的螺旋形構(gòu)件上半徑為r的圓弧段的損壞。
(2)除了防止這種螺旋形構(gòu)件過載嚙合異常狀態(tài)的有利效果外，還可實(shí)現(xiàn)另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，即可以相應(yīng)地防止螺旋形構(gòu)件上相對(duì)于與之嚙合的相補(bǔ)構(gòu)件有比較大的滑動(dòng)的內(nèi)部前沿區(qū)過分磨損的麻煩。
(3)用小間隙△C，可以大體上實(shí)現(xiàn)已在日本專利申請(qǐng)NO、206，088/1982中具體化的技術(shù)原理，從而使它可行以提供具有高效率性能的旋轉(zhuǎn)式流體機(jī)器。
(4)由于對(duì)螺旋形構(gòu)件的加工工序中的有利措施，即內(nèi)曲線(712)的曲線段E-I可制成有與所用立銑刀半徑相同的半徑Rc，而I-G段是半徑為R的圓弧，所以對(duì)螺旋形構(gòu)件的加工工序可以光滑地進(jìn)行而沒有任何重要的實(shí)際加工困難。
于是應(yīng)該指出，本發(fā)明的本質(zhì)在于與日本專利申請(qǐng)NO、206，088/1962中實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)有關(guān)的螺旋形構(gòu)件的這樣的結(jié)構(gòu)措施，即通過由角參數(shù)β確定的、定義在漸開線的邊界點(diǎn)E和B的之間的內(nèi)曲線(712)或(602)，及連接曲線(713)或(603)，當(dāng)組合成相互嚙合時(shí)，在螺旋形構(gòu)件回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)期間在E-B范圍內(nèi)可以表現(xiàn)出真正微小的間隙。
關(guān)于螺旋形構(gòu)件的這種特殊結(jié)構(gòu)，可以引入如下所示的對(duì)其形狀的改進(jìn)和變動(dòng)。
(1)圖2所示的圓弧E-I的半徑與所用立銑刀的半徑相等這一點(diǎn)不是很重要的，它也可以大于立銑刀的半徑。此外，圓弧I-C的半徑R可以等于或大于式(1)中給出的R值，而且它也可以是曲率等于或大于立銑刀半徑的任何曲線。
簡(jiǎn)單地說，只要提供一個(gè)空隙或間隙△C，使徑向內(nèi)曲線可以從E-B段變得更接近于徑向外曲線就可以了。
(2)代替沿圖14所示的E-B段的間隙△C的措施，也可以根據(jù)需要僅在E-B段的任意部分提供間隙△C，如圖3所示。
在這種形狀中，畫出了標(biāo)注著標(biāo)號(hào)(802)的螺旋形構(gòu)件，內(nèi)曲線上帶有H點(diǎn)，在H-E之間是半徑為R的圓弧，徑向內(nèi)曲線畫成從圖14所示的曲線(602)凹入一個(gè)小空隙或間隙△C。用這種螺旋形構(gòu)件形狀，它這樣構(gòu)成，即根據(jù)符合參數(shù)β的H點(diǎn)來定義圖14所示的內(nèi)曲線(602)和間隙△C。
(3)作為代替內(nèi)曲線上的空隙或間隙△C的措施，也可以在連接曲線上提供間隙△C，如圖4所示。
在這種特殊形狀中，畫出了標(biāo)號(hào)(913)的連接曲線，它畫成從圖14的連接曲線(603)凹入一個(gè)小間隙△C。這種形狀可以通過給出與內(nèi)曲線(602)在內(nèi)曲線側(cè)(E點(diǎn)側(cè))范圍內(nèi)的交點(diǎn)J而不是圖14所示的連接曲線(603)與內(nèi)曲線(602)的交點(diǎn)D來定義。
(4)螺旋形構(gòu)件的另一種形狀可以如圖5所示這樣來構(gòu)成，即固定螺旋形構(gòu)件與回轉(zhuǎn)螺旋徑構(gòu)件中隨便哪一個(gè)取圖14所示的輪廓，而僅在另一個(gè)螺旋形構(gòu)件部分的內(nèi)曲線和連接曲線中提供一個(gè)小間隙△C。
在這種形狀中，安排成半徑R、r的有關(guān)尺寸分別為R′＞R和r′＞r。
應(yīng)該指出，畫出了內(nèi)曲線(912)、連接曲線(914)，而K點(diǎn)是曲線(912)和(914)之間之間的連接點(diǎn)，在曲線EKB和EDB之間提供了較小的間隙，曲線EDB示于圖14。
此外，提供具有圖5所示輪廓的兩個(gè)螺旋形構(gòu)件實(shí)際上也是可行的，其中當(dāng)符合關(guān)系式(R′-r′＝ρ)時(shí)可以使R′和r′的交點(diǎn)互相真正相切，從而保證曲線接合處的光滑連接。
根據(jù)上面第(3)和第(4)款中說明的改進(jìn)，可以預(yù)料定義在螺旋形構(gòu)件的中心前沿區(qū)的小圓的曲率將變得比實(shí)用例稍小些，這可能造成剛度隨曲率的減小而相應(yīng)降低。不過，間隙如此之小，以致于這種程度的曲率減小完全不會(huì)帶來很大的影響。
(5)本發(fā)明除了用于壓縮機(jī)外自然完全適用于任何其他旋轉(zhuǎn)構(gòu)件式機(jī)器，如泵、膨脹機(jī)等。
下面借助于其第三最佳實(shí)施例對(duì)照本發(fā)明。圖6是作為第三實(shí)施例的螺旋形構(gòu)件的正視圖，圖7是表示在圖6所示的螺旋形構(gòu)件內(nèi)部前沿區(qū)周圍的壓力分布的局部模型圖，而圖8與圖9也是分別表示本發(fā)明的其他改進(jìn)的類似正視圖。
在這些圖中，類似的部分標(biāo)注類似的標(biāo)號(hào)，而且這里以與圖14中相同的比例尺畫出這些類似構(gòu)件。現(xiàn)在參見圖6，其中以標(biāo)號(hào)(701)畫出固定螺旋形構(gòu)件，它有徑向外曲線(601)和連接曲線(603)，這些標(biāo)號(hào)與圖14中相同。
在該圖中，內(nèi)曲線標(biāo)號(hào)為(702)，它是從存在于足夠遠(yuǎn)處的F點(diǎn)延伸到H點(diǎn)的漸開線，H點(diǎn)對(duì)應(yīng)著(β+△β)值，即角參數(shù)β加一個(gè)增量△β。在H點(diǎn)以內(nèi)的范圍內(nèi)，可以看出內(nèi)曲線(702)定義為帶有離開圖14所示的內(nèi)曲線(602)的一個(gè)微小的凹入部分△C。
更準(zhǔn)確地說，根據(jù)圖14所示的形狀應(yīng)該指出，這是定義在E點(diǎn)以外范圍內(nèi)的一條漸開線，E點(diǎn)由參數(shù)β確定，它給出符合真正漸開線的邊界條件。與此相反，根據(jù)圖6應(yīng)該指出，僅在H點(diǎn)以外范圍內(nèi)的內(nèi)曲線上定義漸開線，H點(diǎn)對(duì)應(yīng)著參數(shù)(β+△β)，適用于E點(diǎn)以外的范圍，△β最好定義為10至15度或更大一些。
在這種形狀中，有pp′⊥p′H和QQ′⊥Q′E這樣的關(guān)系，式中p、p′、Q和Q′是基圓上的點(diǎn)，而在p′點(diǎn)Q′點(diǎn)處基圓上的切線分別為p′H和Q′E。
此外應(yīng)該指出，G點(diǎn)是內(nèi)曲線(702)和連接曲線(603)之間的交點(diǎn)，它存在于連接曲線(603)上B-D段內(nèi)。H′點(diǎn)是從p點(diǎn)引出的與基圓相切的切線與外曲線(601)的交點(diǎn)，連接曲線(603)的半徑r與圖14所示者相同，而且在固定螺旋形構(gòu)件中可以良好地保持同樣的尺寸關(guān)系。
如果使兩個(gè)安裝成互相嚙合關(guān)系的螺旋形構(gòu)件相對(duì)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，應(yīng)該指出，首先在回轉(zhuǎn)螺旋形構(gòu)件部分上外曲線的漸開線段上的點(diǎn)處出現(xiàn)嚙合狀態(tài)，該點(diǎn)對(duì)應(yīng)著固定螺旋形構(gòu)件的內(nèi)曲線中漸開線的外點(diǎn)F，這種嚙合狀態(tài)逐漸向構(gòu)件的內(nèi)部中心區(qū)前進(jìn)。然后可以看到，固定螺旋形構(gòu)件內(nèi)曲線漸開線段上的H點(diǎn)將與回轉(zhuǎn)螺旋形構(gòu)件外曲線漸開線段上的H′點(diǎn)嚙合，此后兩個(gè)構(gòu)件以一個(gè)小間隙△C相對(duì)回轉(zhuǎn)。
更準(zhǔn)確地參見圖14所示的形狀，可以看到在由符合真正漸開線的邊界條件的參數(shù)確定的E點(diǎn)和B點(diǎn)的嚙合狀態(tài)。與此相反，根據(jù)本實(shí)施例應(yīng)該指出，這種在互補(bǔ)構(gòu)件中的互相嚙合狀態(tài)將以一個(gè)提前值△β宣告結(jié)束并開始互相脫離。
在這一瞬間，在內(nèi)曲線(702)的內(nèi)部范圍或靠近連接曲線(603)，那里兩個(gè)螺旋形構(gòu)件在互相分離之前處于互相嚙合中，在外曲線(601)的靠近連接曲線(603)的點(diǎn)處，以及在連接曲線本身上，存在著輸出壓力或較高的壓力P0的負(fù)載。另一方面，在外曲線中嚙合點(diǎn)以外或內(nèi)曲線中嚙合點(diǎn)以外的范圍內(nèi)，變成處于增加壓縮階段的比較低的壓力負(fù)載p′。
現(xiàn)在，用關(guān)于螺旋形構(gòu)件周圍的壓力分布的示意模型來考察，兩個(gè)螺旋形構(gòu)件開始互相脫離處的狀態(tài)如圖7(B)所示，而圖7(A)表示圖14所示形狀的狀態(tài)。
更準(zhǔn)確地說，根據(jù)圖14所示的螺旋形構(gòu)件形狀，從圖7(A)的示意圖可以看出，在靠近螺旋形構(gòu)件前沿區(qū)剛度比較小的箭頭所指點(diǎn)的B點(diǎn)處壓力分布從p′變到P0。與此相反，從表示根據(jù)本發(fā)明改進(jìn)的螺旋形構(gòu)件形狀的圖7(B)可以看出，壓力變化發(fā)生在其位置離開箭頭點(diǎn)比較遠(yuǎn)的H′點(diǎn)處。
由于在圖14所示的螺旋形構(gòu)件形狀中出現(xiàn)這樣的壓力偏差，應(yīng)該指出，構(gòu)件將在圖7(A)所示的箭頭點(diǎn)處因?yàn)閴翰?P0-P′，忽略兩個(gè)構(gòu)件之間嚙合產(chǎn)生的機(jī)械損失)而受到變形，從而產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)力。然而，在根據(jù)本發(fā)明的螺旋形構(gòu)件形狀中，如圖7(B)所示應(yīng)該指出，在箭頭點(diǎn)處產(chǎn)生的現(xiàn)有壓力將互相平衡，從而是比較小的，于是這將有助于明顯地防止構(gòu)件的該區(qū)發(fā)生可能的損壞。
另一方面，如上面所指出的那樣，當(dāng)嚙合點(diǎn)向構(gòu)件的內(nèi)區(qū)或中心區(qū)移動(dòng)時(shí)，在螺旋形構(gòu)件的互相嚙合的表面上可以觀察到明顯較高的滑動(dòng)速度，這意味著在所卷入的構(gòu)件的嚙合點(diǎn)有較高的磨損速度。與此相反，由于構(gòu)件的互相嚙合僅發(fā)生在構(gòu)件的相對(duì)滑動(dòng)速度明顯低于普通形狀的滑動(dòng)速度的范圍內(nèi)，所以構(gòu)件的磨損速度將明顯降低。
此外，在螺旋形構(gòu)件的加工或裝配中偶爾出現(xiàn)誤差的情況下，互補(bǔ)構(gòu)件之間的異常接觸或嚙合即使在非接觸型中也將是不可避免的，然而在根據(jù)本發(fā)明的螺旋形構(gòu)件的內(nèi)部前沿區(qū)中，將能有效地避免這樣的異常嚙合。結(jié)果，在互補(bǔ)構(gòu)件的該前沿區(qū)將不出現(xiàn)磨損或損壞。
再有，由于在根據(jù)本發(fā)明的螺旋形構(gòu)件形狀中凹進(jìn)部分或間隙△C值僅是很小的，應(yīng)該指出，由日本專利申請(qǐng)NO、206，088/1982具體化的優(yōu)點(diǎn)基本上沒有任何犧牲，因而有助于整個(gè)流體機(jī)器的高效率性能。
關(guān)于如以上的最佳實(shí)施例中所考察的、為本發(fā)明所特有的、包含在旋轉(zhuǎn)式流體機(jī)器中的螺旋形構(gòu)件的有利結(jié)構(gòu)，實(shí)踐中可以實(shí)現(xiàn)許多如下所述的有用的改進(jìn)和變動(dòng)，它們是(1)改進(jìn)在于，代替包含在流體機(jī)器中的固定和回轉(zhuǎn)兩個(gè)螺旋形構(gòu)件的形狀相同的結(jié)構(gòu)，其中具有同一個(gè)參數(shù)(β+△β)的兩個(gè)構(gòu)件的嚙合有同一個(gè)脫離點(diǎn)，改用具有不同形狀的螺旋形構(gòu)件的構(gòu)造，即一個(gè)螺旋形構(gòu)件有參數(shù)(β+△β)而另一個(gè)構(gòu)件有參數(shù)(β+△β′)，(△β≠△β′)，從而這些構(gòu)件可以在有關(guān)的不同點(diǎn)處脫離互相嚙合的關(guān)系。
(2)改進(jìn)在于，代替凹進(jìn)部分△C在螺旋形構(gòu)件徑向內(nèi)曲線上的構(gòu)造，可以在徑向外曲線部分提供一種備選的凹進(jìn)部分△C，如圖8中典型地表示的那樣。
在這種改進(jìn)中，結(jié)構(gòu)中在從外曲線上的H′點(diǎn)起沿著它的部分并沿著連接曲線和內(nèi)曲線對(duì)應(yīng)著參數(shù)(β+△β)的部分延伸的曲線段里，提供比普通輪廓曲線(601)、(603)和(602)更小的間隙或凹進(jìn)部分△C，從而形成一條任意曲線(751)。那么，這樣得到的曲線(751)與內(nèi)曲線(602)的交點(diǎn)G可在D點(diǎn)與E點(diǎn)之間的范圍內(nèi)適當(dāng)?shù)卮_定。
用這種結(jié)構(gòu)的兩個(gè)螺旋形構(gòu)件，可以實(shí)現(xiàn)與圖6所示者大體上相同的效應(yīng)。
不過，代替連接曲線(603)畫出了有更向內(nèi)的凹進(jìn)部分的曲線(751)。雖然此曲線可能在此曲線結(jié)構(gòu)中帶來稍小一點(diǎn)的剛度，但由于間隙△C僅有很小的值，這不會(huì)造成很大的影響。
(3)如圖9所示的改進(jìn)在于，提供一個(gè)具有與圖14所示者相同的形狀的螺旋形構(gòu)件，僅另一個(gè)構(gòu)件可能有輪廓曲線(761)，其中在H點(diǎn)與H′點(diǎn)之間給出一個(gè)小間隙△C，以致于兩個(gè)構(gòu)件可以在由參數(shù)(β+△β)確定的并且在參數(shù)β所確定的E點(diǎn)和B點(diǎn)外側(cè)的H點(diǎn)和H′點(diǎn)處脫離其互相嚙合關(guān)系。
在這種改進(jìn)中，代替對(duì)應(yīng)著同一個(gè)參數(shù)(β+△β)的H、H′點(diǎn)的構(gòu)造，可以分別提供例如有參數(shù)(β+△β)的H點(diǎn)和有參數(shù)(β++△β′)的H′點(diǎn)，(△β≠△β′)，這在實(shí)踐中也是可行的。
(4)總之應(yīng)該指出，本發(fā)明不僅適用于旋轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)，而且適用于其中包含蝸殼式或螺旋形構(gòu)件的任何其他設(shè)備，如泵裝置、流體膨脹機(jī)等，都可相應(yīng)地取得同樣有效的結(jié)果。
雖然本發(fā)明的典型最佳實(shí)施例已在上面徹底說明，可以理解，本發(fā)明并不限于最佳實(shí)施例中所示的具體結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)，而是與此相反，在上述說明中可以作出許多變動(dòng)或改進(jìn)而不受其任何限制、不脫離本發(fā)明的精神和范圍。
還可以理解，所附的權(quán)利要求
書旨在包括屬于這里公開的本發(fā)明的所有這些一般和特殊細(xì)節(jié)及與本發(fā)明的范圍有關(guān)的在語言上可以說屬于其范圍的所有陳述。
權(quán)利要求
1.一種旋轉(zhuǎn)式流體機(jī)器，它包括分別具有大體上相同的形狀并以互相嵌套的關(guān)系布置成在其中互相錯(cuò)開180度的固定螺旋形裝置和回轉(zhuǎn)螺旋形裝置，回轉(zhuǎn)螺旋形裝置宜于以回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)半徑ρ按太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)關(guān)系相對(duì)于固定螺旋形裝置回轉(zhuǎn)，其中上述兩個(gè)螺旋形裝置分別定義成具有由一條漸開線組成的徑向外曲線段、由另一條漸開線和半徑為R的一段圓弧組成的徑向內(nèi)曲線段、以及把上述徑向外曲線段與上述半徑為R的圓弧光滑連接的半徑為r的一段圓弧的輪廓，符合下式給出的幾何關(guān)系，即R=ρ+bβ+dr=bβ+dd =b2- (ρ2+ b β )22 (ρ2+ b β )]]>式中，β≥π+π2·42·ρ2b]]>b是上述漸開線的基圓半徑。
2.一種旋轉(zhuǎn)式流體機(jī)器，它包括分別具有大體上相同的形狀并以互相嵌套的關(guān)系布置成在其中互相錯(cuò)開180度的固定螺旋形裝置和回轉(zhuǎn)螺旋形裝置，回轉(zhuǎn)螺旋形裝置宜于以回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)半徑ρ按太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)關(guān)系相對(duì)于固定螺旋形裝置回轉(zhuǎn)，其中上述兩個(gè)螺旋形裝置分別用由一條漸開線組成的徑向外曲線、由帶有半徑為R的一段內(nèi)部圓弧的另一條漸開線組成的徑向內(nèi)曲線、以及帶有半徑為r的一段圓弧并把上述徑向外曲線與上述半徑為R的圓弧連續(xù)光滑連接的一條連接曲線來定義，并且其中在上述兩個(gè)螺旋形裝置之間提供一個(gè)小空隙或間隙，當(dāng)以這樣的方式安裝成互相嚙合關(guān)系時(shí)，在由如下式所給出的用角參數(shù)β確定的、定義真正漸開線的邊界點(diǎn)之間的范圍內(nèi)，上述整個(gè)內(nèi)曲線和連接曲線或其部分可以脫離上述互相嚙合的關(guān)系，即R＝ρ+bβ+dr＝bβ+dd =b2- (ρ2+ b β )22 (ρ2+ b β )]]>式中，b是上述漸開線的基圓半徑。
3.一種旋轉(zhuǎn)式流體機(jī)器，它包括分別具有大體上相同的形狀并以互相嵌套的關(guān)系布置成在其中互相錯(cuò)開180度的固定螺旋形裝置和回轉(zhuǎn)螺旋形裝置，回轉(zhuǎn)螺旋形裝置宜于以回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)半徑ρ按太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)關(guān)系相對(duì)于固定螺旋形裝置回轉(zhuǎn)，其中上述兩個(gè)螺旋形裝置分別用由一條漸開線組成的徑向外曲線、由帶有半徑為R的一段內(nèi)部圓弧的另一條漸開線組成的徑向內(nèi)曲線、以及帶有半徑為r的一段圓弧并把上述徑向外曲線與上述半徑為R的圓弧連接光滑連接的一條連接曲線來定義，并且其中在上述兩個(gè)螺旋形裝置之間提供一個(gè)小空隙或間隙，當(dāng)以這樣的方式安裝成互相嚙合關(guān)系時(shí)，在角參數(shù)β所確定的定義真正漸開線的邊界點(diǎn)稍微往外的區(qū)域內(nèi)的由角參數(shù)(β+△β)所確定的兩點(diǎn)之間的范圍內(nèi)，上述整個(gè)內(nèi)曲線和連接曲線或其部分可以脫離上述互相嚙合的關(guān)系，即R＝ρ+bβ+dr＝bβ+dd =b2- (ρ2+ b β )22 (ρ2+ b β )]]>式中，b是上述漸開線的基圓半徑。
專利摘要
一種旋轉(zhuǎn)式流體機(jī)器，它包括分別具有大體上相同形狀的固定螺旋形構(gòu)件和回轉(zhuǎn)螺旋形構(gòu)件。其中兩個(gè)螺旋形構(gòu)件分別定義成具有由一條漸開線組成的徑向外曲線段，由另一條漸開線和半徑為R的一段內(nèi)部圓弧組成的徑向內(nèi)曲線段、以及把徑向外曲線段與半徑為R的圓弧光滑連接的半徑為r的一段圓弧的輪廓，從而保證螺旋形構(gòu)件上最小可能的加工誤差并由此縮短加工時(shí)間周期。或者其中在兩個(gè)螺旋形構(gòu)件之間提供一個(gè)小空隙或間隙，以這樣的方式安裝成互相嚙合關(guān)系，由此保證整個(gè)旋轉(zhuǎn)式流體機(jī)器的長(zhǎng)使用壽命和高效率性能。
文檔編號(hào)F04C2/00GK85104862SQ85104862
公開日1987年3月4日 申請(qǐng)日期1985年6月25日
發(fā)明者平野隆久, 萩本清 申請(qǐng)人:三菱重工業(yè)株式會(huì)社導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan