阅读说明：本技术 一种罗茨泵转子及罗茨泵 (Roots pump rotor and roots pump ) 是由 李丹童 何志龙 韦炜 林栋� 邢子文 于 2019-11-01 设计创作，主要内容包括：一种罗茨泵转子及罗茨泵,转子型线的基本形成曲线段A<Sub>1</Sub>A<Sub>2</Sub>A<Sub>3</Sub>A<Sub>4</Sub>A<Sub>5</Sub>由首尾依次连接的齿顶圆弧段,伪多项式曲线段,伪多项式曲线的共轭曲线段及齿根圆弧段组成,伪多项式曲线段A<Sub>2</Sub>A<Sub>3</Sub>与齿顶圆弧段A<Sub>1</Sub>A<Sub>2</Sub>相切；基本形成曲线段A<Sub>1</Sub>A<Sub>2</Sub>A<Sub>3</Sub>A<Sub>4</Sub>A<Sub>5</Sub>与其对称曲线段A<Sub>1</Sub>A’<Sub>2</Sub>A’<Sub>3</Sub>A’<Sub>4</Sub>A’<Sub>5</Sub>A’<Sub>6</Sub>组合为一个齿的齿型线A’<Sub>6</Sub>A’<Sub>5</Sub>A’<Sub>4</Sub>A’<Sub>3</Sub>A’<Sub>2</Sub>A<Sub>1</Sub>A<Sub>2</Sub>A<Sub>3</Sub>A<Sub>4</Sub>A<Sub>5</Sub>,将该齿型线A’<Sub>6</Sub>A’<Sub>5</Sub>A’<Sub>4</Sub>A’<Sub>3</Sub>A’<Sub>2</Sub>A<Sub>1</Sub>A<Sub>2</Sub>A<Sub>3</Sub>A<Sub>4</Sub>A<Sub>5</Sub>按照罗茨泵转子型线的齿数n进行重复生成n条齿型线,并依次首尾连接而生成一个完整转子型线；两个转子型线相同并在转动过程中能够实现啮合。本发明消除了原有型线的部分尖点,扩展了罗茨泵转子型线的设计参数空间,提高了罗茨泵性能。(A Roots pump rotor and Roots pump, the basic forming curve section A of rotor profile 1 A 2 A 3 A 4 A 5 Consists of a tooth top arc section, a pseudo polynomial curve section, a conjugate curve section of the pseudo polynomial curve and a tooth root arc section which are sequentially connected end to end, wherein the pseudo polynomial curve section A 2 A 3 And the addendum arc section A 1 A 2 Tangency; substantially forming a curved section A 1 A 2 A 3 A 4 A 5 A section of curve A symmetrical thereto 1 A' 2 A' 3 A' 4 A' 5 A' 6 Tooth profile line A 'combined into one tooth' 6 A' 5 A' 4 A' 3 A' 2 A 1 A 2 A 3 A 4 A 5 The tooth pattern line A' 6 A' 5 A' 4 A' 3 A' 2 A 1 A 2 A 3 A 4 A 5 Repeatedly generating n tooth profiles according to the tooth number n of the rotor profile of the roots pump, and sequentially connecting the n tooth profiles end to generate one complete profileShaping the rotor profile; the two rotor profiles are identical and can be brought into engagement during rotation. The invention eliminates partial sharp points of the original molded line, expands the design parameter space of the molded line of the rotor of the roots pump and improves the performance of the roots pump.)

一种罗茨泵转子及罗茨泵

技术领域

本发明属于机械工程领域，具体涉及一种罗茨泵转子及罗茨泵。

背景技术

罗茨泵是一种容积式回转泵，可用于获得干燥、低污染的高真空环境、压缩洁净气体，在现代工业中有着广泛的应用。它继承了回转机械寿命长，运转可靠，振动小，噪音低，工作平稳，无喘振现象等诸多优点，同时具有无气阀等易损件，强制吸排气，加工简单等特点。因此近年来，成为真空系统以及一些低压空压系统中的首选泵型。

罗茨泵中的核心部件为两个转子，转子型线的选取决定了转子的结构，从而影响着泵的整体运行性能，对转子的优化设计也是设计与制造高性能罗茨泵的关键技术。

然而，目前的罗茨泵转子型线的形状参数可变空间不足，导致优化所能寻找到的型线形状单一，致使采用该型线的罗茨泵转子已经无法适应于当前多变的应用场合与多变的应用性能要求，此外增加形状参数的可变空间，还能有效的提高优化后罗茨泵性能。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术中罗茨泵转子型线的形状参数可变空间不足的问题，提供一种罗茨泵转子及罗茨泵，扩展罗茨泵转子型线的设计参数空间，消除原有型线的部分尖点，增加罗茨泵转子形状的多样性，提高罗茨泵的容积效率，节能性能以及受力性能等。

为了实现上述目的，本发明有如下的技术方案：

一种罗茨泵转子，转子型线的基本形成曲线段A₁A₂A₃A₄A₅由首尾依次连接的齿顶圆弧段A₁A₂，伪多项式曲线段A₂A₃，伪多项式曲线的共轭曲线段A₃A₄以及齿根圆弧段A₄A₅组成，所述的伪多项式曲线段A₂A₃与齿顶圆弧段A₁A₂相切；基本形成曲线段A₁A₂A₃A₄A₅与其对称曲线段A₁A'₂A₃'A'₄A₅'A'₆组合为一个齿的齿型线A'₆A₅'A'₄A₃'A'₂A₁A₂A₃A₄A₅，将该齿型线A'₆A₅'A'₄A₃'A'₂A₁A₂A₃A₄A₅按照罗茨泵转子型线的齿数n进行重复生成n条齿型线，并依次首尾连接而生成一个完整转子型线；两个转子型线相同并在转动过程中能够实现啮合。

所述齿顶圆弧段A₁A₂的参数方程为：

其中参数α为可设计变量，r₂为齿顶圆弧段半径。

所述伪多项式曲线段A₂A₃的极坐标方程为：

其中伪多项式次数m为可设计变量，m可取大于1的任意实数，n为该基本形成曲线段所要形成的罗茨泵转子的齿数，齿根圆弧段半径为r₁，节圆半径

所述伪多项式曲线段的共轭曲线段A₃A₄的参数方程为：

其中，中间变量

表示为：

其中，中间变量ρ_P，α与前式中间变量γ表示为：

所述齿根圆弧段A₄A₅的参数方程为：

其中参数α为可设计变量，r₁为齿根圆弧段半径。

本发明还提供一种罗茨泵，具有所述的罗茨泵转子。

相较于现有技术，本发明具有如下的有益效果：

原始转子型线设计的独立参数较少、具有封闭容积并且存在尖点，本发明将原始转子型线的渐开线段A₂A₃改为与圆弧段A₁A₂相切的伪多项式曲线A₂A₃，相应的，与之啮合的曲线段A₃A₄A₅改为伪多项式曲线的共轭曲线段A₃A₄，通过改变伪多项式曲线段A₂A₃的次数可以改变曲线段A₂A₃与曲线段A₃A₄的形状而改变转子型线形状。加之所选取的伪多项式曲线A₂A₃与圆弧段A₁A₂相切从而解决了尖点问题，也消除了原始转子型线中摆线修正段A₄A₅带来的封闭容积问题。本发明提高了罗茨泵的容积效率、节能性能以及受力性能等。相比其他常规泵型，具有易损件少，结构紧凑，抽气速率高，无喘振，振动噪音小等优点。

附图说明

图1原始罗茨泵转子型线示意图；

图2本发明转子型线示意图；

图3本发明转子型线啮合示意图；

图4本发明3齿转子型线示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。

参见图1，在原始罗茨泵型线中，其转子左侧型线A₁A'₂A₃'A'₄A₅'A'₆与右侧型线A₁A₂A₃A₄A₅A₆左右对称，下侧型线与上侧型线呈上下对称，从而转子型线由曲线段A₁A₂A₃A₄A₅A₆唯一决定，该曲线段由圆弧段A₁A₂，渐开线段A₂A₃，渐开线段A₃A₄，外摆线段A₄A₅，以及圆弧段A₅A₆组成，其中

从图中可见，该类型线由参数r₁，r₂与α唯一决定，独立参数较少。并且由于尖点A₂的存在，使得渐开线段A₂A₃A₄需要利用外摆线段A₂A₃进行修正，而这一修正会使转子空间中存在封闭容积，从而影响泵性能。此外，这类型线存在尖点A₅，导致其在运行过程中转子会产生较大的应力集中问题。本发明对原始罗茨泵型线进行了改造。

为了解决原始转子型线设计的独立参数较少、具有封闭容积、存在尖点的问题，如图2所示，本发明将原始转子型线的渐开线段A₂A₃改为与圆弧段A₁A₂相切的伪多项式曲线A₂A₃，相应的，与之啮合的曲线段A₃A₄A₅改为伪多项式曲线的共轭曲线段A₃A₄，通过改变伪多项式曲线段A₂A₃的次数可以改变曲线段A₂A₃与曲线段A₃A₄的形状而改变转子型线形状。

加之所选取的伪多项式曲线A₂A₃与圆弧段A₁A₂相切，从而解决了尖点问题，也消除了原始转子型线中摆线修正段A₄A₅带来的封闭容积问题。

本发明罗茨泵转子型线的基本形成曲线段A₁A₂A₃A₄A₅由首尾依次连接的齿顶圆弧段，伪多项式曲线段，伪多项式曲线的共轭曲线段，以及齿根圆弧段组成。

本发明罗茨泵转子型线，在转动啮合过程中，可以实现正确的啮合，如图3所示。

转子型线的齿顶圆弧段半径为r₂，齿根圆弧段半径为r₁，其节圆半径r_p为：

转子型线的齿顶圆弧段A₁A₂的参数方程为：

其中参数α为可设计变量。

转子型线的伪多项式曲线段A₂A₃的极坐标方程为：

其中伪多项式次数m为可设计变量，m可取≥1的任意实数，特别的，当m取为1时为图1所示的原始传统型线，n为该基本形成曲线段所要形成的罗茨泵转子的齿数。

伪多项式曲线段的共轭曲线段A₃A₄的参数方程为：

其中，中间变量

表示为：

其中，中间变量ρ_P，α与前式中间变量γ表示为：

转子型线的齿根圆弧段A₄A₅的参数方程为：

转子型线的基本形成曲线段可按上述参数方程所求取的曲线段依次首尾连接示出。

本发明罗茨泵转子型线是将该基本形成曲线的对称曲线段A₁A'₂A₃'A'₄A₅'A'₆与基本形成曲线A₁A₂A₃A₄A₅组合为曲线段A'₆A₅'A'₄A₃'A'₂A₁A₂A₃A₄A₅，从而构成一个齿的型线，将该齿型线按照罗茨泵转子型线的齿数n进行重复生成n条齿型线，并依次首尾连接而生成，典型的双齿与三齿型线分别如图2、4所示，型线由齿顶圆弧段半径r₂，齿根圆弧段半径r₁，齿顶圆弧段A₁A₂的中心转角α，伪多项式曲线段的多项式次数m，与罗茨泵转子的齿数n唯一决定。

本发明具体应用时的设计过程如下：

1、由体积大小与抽气速率优选齿顶圆弧段半径r₂，齿根圆圆弧端半径r₁；

2、由气体的密封性要求、受力性能与抽气速率要求优选齿顶宽参数α、伪多项式曲线段项式次数m、罗茨转子型线齿数n；

3、由

确定节圆半径。

本发明所设计的罗茨泵转子采用此型线可以消除尖点A₂，增加了转子型线的设计参数空间，从而提高了经过优化后的罗茨泵的容积效率，节能性能，受力性能等。相比其他常规泵型，有易损件少，结构紧凑，抽气速率高，无喘振，振动噪音小等优点。

以上所述仅仅是本发明的较佳实施例，并不用以对本发明的技术方案进行任何限制，本领域技术人员应当理解的是，在不脱离本发明精神和原则的条件下，该技术方案还可以进行若干简单的修改和替换，这些修改和替换也均会落入权利要求所划定的保护范围之内。