一種變齒寬變螺距的螺桿轉(zhuǎn)子的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及干式雙螺桿真空累，特別設(shè)及適用于干式雙螺桿真空累的一種變齒寬 變螺距的螺桿轉(zhuǎn)子。
【背景技術(shù)】
[0002] 干式雙螺桿真空累是一種容積式真空累，是通過(guò)2個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)曬合的螺桿轉(zhuǎn)子之 間的同步異向雙回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，在2個(gè)螺桿轉(zhuǎn)子和累體內(nèi)腔之間形成多個(gè)周期性變化的工作腔 容積，實(shí)現(xiàn)氣體的吸入、增壓和排出，在真空累的進(jìn)口處形成真空;雙螺桿真空累的工作腔 是2個(gè)相互曬合的螺桿轉(zhuǎn)子和累體內(nèi)腔之間形成的，各個(gè)工作腔之間的密封是通過(guò)2個(gè)螺桿 轉(zhuǎn)子之間的曬合實(shí)現(xiàn)的，因此螺桿轉(zhuǎn)子是最為關(guān)鍵的零部件，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累的外形尺寸、抽速和極限真空度。
[0003] 螺桿轉(zhuǎn)子是由螺桿轉(zhuǎn)子的軸向截面型線(xiàn)沿圓柱螺旋線(xiàn)作軸向螺旋展開(kāi)生成的，螺 桿轉(zhuǎn)子可分為等螺距和變螺距螺桿轉(zhuǎn)子，相比之下，應(yīng)用于真空累中的變螺距螺桿轉(zhuǎn)子的 內(nèi)容積比大于1，即排氣腔容積小于吸氣腔容積，更有利于提高雙螺桿真空累的抽速和極限 真空度;因而近年來(lái)變螺距螺桿轉(zhuǎn)子倍受關(guān)注和青睞。
[0004] 中國(guó)申請(qǐng)的發(fā)明專(zhuān)利（申請(qǐng)?zhí)?01210290602.6)公開(kāi)了一種等齒頂面寬度的單頭 變螺距螺桿轉(zhuǎn)子型線(xiàn)，由齒根面、斜齒面、齒頂面和過(guò)渡齒面依次連接構(gòu)成，轉(zhuǎn)子螺距隨螺 旋展開(kāi)角由一側(cè)端面向另一側(cè)端面線(xiàn)性增大，斜齒面的軸向?qū)挾入S之增大，而齒頂面寬度 始終保持不變;上述螺桿轉(zhuǎn)子的軸向截面型線(xiàn)，采用的是一種4段非全曬合的螺桿軸向的截 面型線(xiàn)，依次由：圓漸開(kāi)線(xiàn)、齒頂圓弧、擺線(xiàn)和齒根圓弧的組成。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提出了一種變齒寬變螺距的螺桿轉(zhuǎn)子，從螺桿轉(zhuǎn)子的一側(cè)端面I-I到另一 側(cè)端面VI-VI，螺桿轉(zhuǎn)子的螺距。1、口2、口3、口4)逐漸減小，而螺桿轉(zhuǎn)子的齒寬：齒頂面寬度(11、 M2、M3)和齒根面寬度(化、化、化），卻逐漸增大；由此螺桿轉(zhuǎn)子所形成的工作腔，其高壓工作腔 容積較小，而低壓工作腔容積較大，在高壓工作腔處螺桿轉(zhuǎn)子的齒頂面寬度和齒根面寬度 較大，在低壓工作腔處螺桿轉(zhuǎn)子的齒頂面寬度和齒根面寬度較小。
[0006] 本發(fā)明提出了一種雙螺桿真空累，其特征是:使用本發(fā)明所提出的變齒寬變螺距 的螺桿轉(zhuǎn)子。
[0007] 本發(fā)明提出了一種雙螺桿壓縮機(jī)，其特征是:使用本發(fā)明所提出的變齒寬變螺距 的螺桿轉(zhuǎn)子。
[000引本發(fā)明提出了一種雙螺桿膨脹機(jī)，其特征是:使用本發(fā)明所提出的變齒寬變螺距 的螺桿轉(zhuǎn)子。
[0009] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：
[0010] 確定螺桿轉(zhuǎn)子在不同軸向位置處的軸向截面型線(xiàn)，即確定軸向截面型線(xiàn)的曲線(xiàn) 簇;螺桿轉(zhuǎn)子的軸向截面型線(xiàn)是指用一個(gè)與螺桿轉(zhuǎn)子軸線(xiàn)相垂直的平面，在不同的軸向位 置去截螺桿轉(zhuǎn)子，所截得的輪廓曲線(xiàn)，在不同軸向位置處，螺桿轉(zhuǎn)子的軸向截面型線(xiàn)不同。
[0011] 在任一軸向位置處，螺桿轉(zhuǎn)子的軸向截面型線(xiàn)都包括5段曲線(xiàn)、和2個(gè)點(diǎn)，依次為： 圓漸開(kāi)線(xiàn)AB、點(diǎn)B、齒頂圓弧BC、點(diǎn)C、擺線(xiàn)CD、齒根圓弧DE、擺線(xiàn)EA，其中齒根圓弧DE、圓漸開(kāi) 線(xiàn)AB都與擺線(xiàn)EA光滑連接，且齒頂圓弧BC的中屯、角ZBOC和齒根圓弧DE的中屯、角ZDOE相 等，即為中屯、角e;在不同的軸向位置處，螺桿轉(zhuǎn)子的軸向截面型線(xiàn)都不相同，隨所在軸向位 置的不同而變化，從螺桿轉(zhuǎn)子的一側(cè)端面I-I到另一側(cè)端面VI-VI，螺桿轉(zhuǎn)子的軸向截面型 線(xiàn)隨軸向位置的變化規(guī)律是：圓漸開(kāi)線(xiàn)AB的基圓半徑化逐漸增大，圓漸開(kāi)線(xiàn)AB的發(fā)生角a逐 漸減小，齒頂圓弧BC和齒根圓弧DE的中屯、角目逐漸增大。
[0012] 雙螺桿真空累包括相互曬合的兩個(gè)螺桿轉(zhuǎn)子，即左旋螺桿轉(zhuǎn)子(301)和右旋螺桿 轉(zhuǎn)子(302);左旋、右旋的規(guī)定是:左旋是旋向符合左手法則，左手大拇指的指示方向?yàn)閺穆?桿轉(zhuǎn)子的一側(cè)端面到另一側(cè)端面，即圓柱螺旋線(xiàn)的軸向移動(dòng)方向，其余四指的方向是圓柱 螺旋線(xiàn)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向；右旋是旋向符合右手法則，右手大拇指的指示方向?yàn)閺穆輻U轉(zhuǎn)子的一 側(cè)端面到另一側(cè)端面，即圓柱螺旋線(xiàn)的軸向移動(dòng)方向，其余四指的方向是圓柱螺旋線(xiàn)的轉(zhuǎn) 動(dòng)方向。
[0013] 相互曬合的2個(gè)螺桿轉(zhuǎn)子:左旋螺桿轉(zhuǎn)子(301)和右旋螺桿轉(zhuǎn)子(302)，都由5個(gè)齒 面和2條參與曬合的圓柱螺旋線(xiàn)組成，右旋螺桿轉(zhuǎn)子(302)的組成齒面和圓柱螺旋線(xiàn)依次 為:擺線(xiàn)齒面(1)、斜齒面(2)、圓柱螺旋線(xiàn)(3)、齒頂面(4)、圓柱螺旋線(xiàn)(5)、凹齒面(6)、齒根 面(7)，且斜齒面(2)、齒根面(7)都與擺線(xiàn)齒面（1)光滑連接;左旋螺桿轉(zhuǎn)子(301)的組成齒 面和圓柱螺旋線(xiàn)依次為:擺線(xiàn)齒面(1>)、斜齒面(2>)、圓柱螺旋線(xiàn)(3^、齒頂面(4^、圓柱螺 旋線(xiàn)（5>)、凹齒面(6>)、齒根面(7>)，且斜齒面(2>)、齒根面(7>)都與擺線(xiàn)齒面（1>)光滑連 接;在同步異向雙回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的工作過(guò)程中，右旋螺桿轉(zhuǎn)子(302)的擺線(xiàn)齒面(1)、斜齒面(2)、 圓柱螺旋線(xiàn)(3)、齒頂面(4)、圓柱螺旋線(xiàn)(5)、凹齒面(6)、齒根面(7)，分別與左旋螺桿轉(zhuǎn)子 (301)的圓柱螺旋線(xiàn)(3>)、斜齒面(2>)、擺線(xiàn)齒面（1 ^、齒根面(7>)、凹齒面(6>)、圓柱螺旋 線(xiàn)(5>)、齒頂面(4>)能夠?qū)崿F(xiàn)正確的曬合;在任一軸向位置處，左旋螺桿轉(zhuǎn)子(301)和右旋 螺桿轉(zhuǎn)子(302)的軸向截面型線(xiàn)相同，且左旋螺桿轉(zhuǎn)子(301)的軸向截面型線(xiàn)（201)中的圓 漸開(kāi)線(xiàn)AB、點(diǎn)B、齒頂圓弧BC、點(diǎn)C、擺線(xiàn)CD、齒根圓弧DE和擺線(xiàn)EA，分別與右旋螺桿轉(zhuǎn)子(302) 的軸向截面型線(xiàn)（202)中的圓漸開(kāi)線(xiàn)ba、擺線(xiàn)ae、齒根圓弧ed、擺線(xiàn)dc、點(diǎn)C、齒頂圓弧cb、點(diǎn)b 能夠?qū)崿F(xiàn)正確的曬合。
[0014] 左旋螺桿轉(zhuǎn)子(301)是由一系列螺桿轉(zhuǎn)子的軸向截面型線(xiàn)（201)沿左旋變螺距圓 柱螺旋線(xiàn)作螺旋展開(kāi)而生成；右旋螺桿轉(zhuǎn)子（302)是由一系列螺桿轉(zhuǎn)子的軸向截面型線(xiàn) (202)沿右旋變螺距圓柱螺旋線(xiàn)作螺旋展開(kāi)而生成；左旋變螺距圓柱螺旋線(xiàn)與右旋變螺距 圓柱螺旋線(xiàn)具有相同的螺距變化規(guī)律，但旋向不同；
[0015] 左旋變螺距圓柱螺旋線(xiàn)的方程為：
[0017]右旋變螺距圓柱螺旋線(xiàn)的方程為：
[0019] 式中：T為螺旋展開(kāi)角，rad;R為螺旋線(xiàn)基圓半徑，mm;n為螺旋圈數(shù)，n含2;P為螺桿 轉(zhuǎn)子的初始螺距，mm;A為變螺距系數(shù)，當(dāng)A=O時(shí)，即為等螺距圓柱螺旋線(xiàn)；
[0020] 在任一軸向位置處，螺桿轉(zhuǎn)子的軸向截面型線(xiàn)都包括5段曲線(xiàn)：圓漸開(kāi)線(xiàn)AB、齒頂 圓弧BC、擺線(xiàn)CD、齒根圓弧DE、擺線(xiàn)EA;在不同的軸向位置，即對(duì)應(yīng)不同的螺旋展開(kāi)角T，各曲 線(xiàn)的曲線(xiàn)簇方程如下：
[0021] ①圓漸開(kāi)線(xiàn)AB的曲線(xiàn)簇方程為： .*知了)二巧,(r)(cos(/ _a(r〇) +.fS化(f-a(r)))
[0022] < ., .)'(/，r)=《，(r) (sin ( / - a( r)) - r蛛s(f - a(r)))
[0023]式中：t為角度參數(shù)，rad;化（T)為不同軸向位置處圓漸開(kāi)線(xiàn)AB的基圓半徑;a(T)為 不同軸向位置處圓漸開(kāi)線(xiàn)AB的發(fā)生角;化(T)和a(T)由如下公式確定：
[00%]式中：k為系數(shù);化S、化e分別為一側(cè)端面I-I和另一側(cè)端面VI-VI的螺桿轉(zhuǎn)子的軸向 截面型線(xiàn)中的圓漸開(kāi)線(xiàn)AB的基圓半徑，mm;
[0027] ②齒頂圓弧BC的曲線(xiàn)簇方程為： )二 /?,cx"r
[0028] . v(f)=巧sinr
[0029] 式中：Ri為齒頂圓弧半徑，mm;
[0030] ③擺線(xiàn)CD的曲線(xiàn)簇方程為： -、-(V)二 2/?,COSf+ 巧
[0031] {/ 、 一 r(、f) = 2化sin/ + 巧sinIf
[0032] 式中：R2為節(jié)圓半徑，mm;
[0033] ④齒根圓弧DE的曲線(xiàn)簇方程為： xit)=R, cost
[0034] J . -t'W二化'Sll"
[0035] 式中：R3為齒根圓弧半徑，mm;
[0036] ⑤擺線(xiàn)EA的曲線(xiàn)簇方程為： I r)二2化;cos(f +巧r)) +巧cos(2f +巧r)j |r(/, r}二2/?: sin (M-巧r}) +巧sin盧+ "(刊）
[0038] 式中：0(T)為不同軸向位置處齒頂圓弧BC和齒根圓弧DE的中屯、角，由如下公式確 定：
[0040] 本發(fā)明的有益效果為：
[0041] 所提出的一種變齒寬變螺距的螺桿轉(zhuǎn)子，從螺桿轉(zhuǎn)子的一側(cè)端面I-I到另一側(cè)端 面VI-VI，螺桿轉(zhuǎn)子的螺距(Pl、P2、P3、P4)逐漸減小，而螺桿轉(zhuǎn)子的齒寬：齒頂面寬度(Ml、M2、 M3)和齒根面寬度(Ni、化、化），卻逐漸增大。螺桿轉(zhuǎn)子的端面I-I可作為真空累的吸氣端，端 面VI-VI可作為真空累的排氣端；由此增加了吸氣腔容積、減小了排氣腔容積、增加了內(nèi)容 積比，實(shí)現(xiàn)了工作腔容積從吸氣端到排氣端的變化規(guī)律與工作腔內(nèi)氣體增壓過(guò)程的變化規(guī) 律相一致，即吸氣腔容積大，排氣腔容積小；同時(shí)在排氣端螺桿齒寬較大，在吸氣端螺桿齒 寬較小，減小了各工作腔之間通過(guò)齒頂面的氣體泄漏，實(shí)現(xiàn)了螺桿轉(zhuǎn)子齒寬從吸氣端到排 氣端的變化規(guī)律與工作腔內(nèi)氣體壓力的變化規(guī)律相一致；因此該螺桿轉(zhuǎn)子具有結(jié)構(gòu)緊湊、 強(qiáng)度高、剛度高、密封性能好的優(yōu)點(diǎn)，提高了雙螺桿真空累的極限真空度和抽速。
[0042] 與現(xiàn)有的等齒寬等螺距的螺桿轉(zhuǎn)子相比，所提出的一種變齒寬變螺距的螺桿轉(zhuǎn)子 具有的優(yōu)點(diǎn)如下：
[0043] ①能夠形成更大的吸氣腔容積，有較大的容積利用系數(shù)，在相同的結(jié)構(gòu)參數(shù)下具 有更大的理論抽速；
[0044] ②具有較小的排氣工作腔容積，因此該螺桿轉(zhuǎn)子具有較大的內(nèi)容比、壓縮比，有利 于提高真空累的極限真空度；
[0045] ③在壓力較高的工作腔處，螺桿轉(zhuǎn)子的齒寬較大，具有更強(qiáng)的級(jí)間泄漏阻擋能力， 能夠使各工作腔之間內(nèi)氣體泄漏量降低，該螺桿轉(zhuǎn)子密封性能好，從而有利于提高真空累 的極限真空度和實(shí)際有效抽速；
[0046] ④該螺桿轉(zhuǎn)子軸向尺寸短，結(jié)構(gòu)緊湊；
[0047] ⑤該螺桿轉(zhuǎn)子強(qiáng)度高、剛度高。
【附圖說(shuō)明】
[004引圖1為變齒寬變螺距螺桿轉(zhuǎn)子的軸向截面型線(xiàn)圖。
[0049] 圖2為相互曬合的2個(gè)螺桿轉(zhuǎn)子的軸向截面型線(xiàn)至間的曬合圖。
[0050] 圖3為變齒寬變螺距的螺桿轉(zhuǎn)子圖。
[0051 ]圖4為2個(gè)