一种全椭圆及椭圆包络型双螺杆转子及压缩机、膨胀机
阅读说明：本技术 一种全椭圆及椭圆包络型双螺杆转子及压缩机、膨胀机 (Full-ellipse and ellipse enveloping type double-screw rotor, compressor and expander ) 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：一种全椭圆及椭圆包络型双螺杆转子及压缩机、膨胀机,包括在转动过程中能够实现相互啮合的阳转子和阴转子,阳转子型线的单齿齿形由首尾依次连接的齿根圆弧段,椭圆包络线段,椭圆弧段,椭圆弧段,椭圆包络线段组成；阴转子型线的单齿齿形由首尾依次连接的齿顶圆弧段,椭圆弧段,椭圆包络线段,椭圆包络线段,椭圆段组成；阳转子型线与阴转子型线各自的相邻曲线段交点处连续且斜率连续；按照阴阳转子型线的齿数分别进行重复旋转生成单齿齿形,并依次首尾连接而生成完整的阴阳转子型线。本发明转子型线全部由椭圆及其包络线组成,消除了尖点,并且依据设计工况需要,转子形状灵活可调,提高了性能。(A full-ellipse and ellipse enveloping type double-screw rotor, a compressor and an expander comprise a male rotor and a female rotor which can be meshed with each other in the rotating process, wherein the single-tooth profile of the male rotor profile consists of a tooth root arc section, an ellipse enveloping line section, an ellipse arc section and an ellipse enveloping line section which are sequentially connected end to end; the single-tooth profile of the female rotor profile consists of an addendum circular arc section, an elliptic envelope line section and an elliptic section which are sequentially connected end to end; the intersection points of the adjacent curve sections of the male rotor molded line and the female rotor molded line are continuous and have continuous slopes; and respectively carrying out repeated rotation according to the tooth number of the female-male rotor molded line to generate a single-tooth form, and sequentially connecting the teeth end to generate a complete female-male rotor molded line. The rotor profile of the invention is composed of ellipse and envelope line, eliminating sharp point, and according to the design condition, the shape of the rotor is flexible and adjustable, improving the performance.)
技术领域
本发明属于机械设计领域，涉及一种全椭圆及椭圆包络型双螺杆转子及压缩机、膨胀机。
背景技术
双螺杆压缩机是一种容积式回转泵，可用于获得高压流体与运输流体工质，在现代工业中发挥着广泛的应用。双螺杆压缩机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，是空气压缩机以及商用制冷机等机组的主要类型。双螺杆压缩机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，从而影响着压缩机的整体运行性能，对转子的优化设计也是制造高性能双螺杆压缩机的关键技术。然而，目前的双螺杆压缩机转子原始型线因存在尖点使得转子的耐磨性差，工质流动阻力损失大。而能够消除尖点的圆弧包络型双螺杆转子型线存在着设计参数空间不足的问题，无法使转子型线性能达到最优。
发明内容
本发明的目的在于针对上述现有技术中双螺杆转子型线存在尖点以及设计参数空间不足的问题，提供一种全椭圆及椭圆包络型双螺杆转子及压缩机、膨胀机，转子型线全部由椭圆及其包络线组成，消除了尖点，转子形状依据设计工况需要灵活可调，提高性能。
为了实现上述目的，本发明有如下的技术方案：
一种全椭圆及椭圆包络型双螺杆转子，包括在转动过程中能够实现相互啮合的阳转子和阴转子，阳转子型线的单齿齿形A1A2A3A4A5A6由首尾依次连接的齿根圆弧段A1A2，椭圆包络线段A2A3，椭圆弧段A3A4，椭圆弧段A4A5，椭圆包络线段A5A6组成；阴转子型线的单齿齿形B1B2B3B4B5B6由首尾依次连接的齿顶圆弧段B1B2，椭圆弧段B2B3，椭圆包络线段B3B4，椭圆包络线段B4B5，椭圆段B5B6组成；其中，型线中的线段AiAi+1与线段BiBi+1(i＝(1,2,3,4,5))进行啮合；阳转子型线A1A2A3A4A5A6的相邻曲线段交点处连续且斜率连续；阴转子型线B1B2B3B4B5B6的相邻曲线段交点处连续且斜率连续；按照阴阳转子型线的齿数n1、n2分别进行重复旋转生成n1、n2条单齿齿形，并依次首尾连接而生成完整的阴阳转子型线。
阴转子型线的齿顶圆半径为rf，参数中心距为c，齿根圆弧段A1A2的参数方程为：
其中，
阳转子型线的椭圆包络线段A2A3与阴转子型线的椭圆弧段B2B3相啮合；
椭圆包络线段A2A3的参数方程为：
c为参数中心距，带入椭圆弧段B2B3的参数方程：
得到，
其中，rf为阴转子齿顶圆半径，α与θ的关系由啮合定理推出，表示为：
其中，参数
阳转子型线的椭圆弧段A3A4的参数方程为：
其中，参数为可设计变量，rm为阳转子齿顶圆半径，参数由求取完所有曲线段后，利用相邻曲线段交点处连续且斜率连续这一几何条件求出。
阳转子型线的椭圆弧段A4A5的参数方程为：
其中，参数
阳转子型线的椭圆包络线段A5A6与阴转子型线的椭圆弧段B5B6相啮合，
椭圆包络线段A5A6的参数方程为：
c为参数中心距，带入椭圆弧段B5B6的参数方程：
得到，
其中，rf为阴转子齿顶圆半径，α与θ的关系由啮合定理推出，表示为：
其中参数
阳转子型线的齿顶圆半径为rm，齿顶圆弧段B1B2的参数方程为：
其中
阴转子型线的椭圆段B2B3与阳转子型线的椭圆包络线段A2A3相啮合；
椭圆段B2B3的参数方程为：
其中，参数
阴转子型线的椭圆包络线段B3B4与椭圆弧段A3A4相啮合，其参数方程表示为：
c为参数中心距，带入椭圆弧段A3A4的参数方程：
得到，
其中，rm为阳转子型线的齿顶圆半径，α与θ的关系可由啮合定理推出，表示为：
其中，参数
阴转子型线的椭圆包络线段B4B5与阳转子型线的椭圆弧段A4A5相啮合；
椭圆包络线段B4B5的参数方程为：
c为参数中心距，带入椭圆弧段A4A5的参数方程：
得到，
其中，rm为阳转子齿顶圆半径，α与θ的关系可由啮合定理推出，表示为：
其中参数为可设计变量，n1为阳转子齿数，n2为阴转子齿数，参数
阴转子型线的椭圆弧段B5B6的参数方程为：
其中，参数
本发明还提供了一种压缩机或膨胀机，具有所述的全椭圆及椭圆包络型双螺杆转子。
相较于现有技术，本发明有如下的有益效果：
双螺杆转子采用此类型线可以消除尖点，并且能依据设计工况需要，灵活调节转子型线的形状，从而提高了经过优化后的双螺杆压缩机及膨胀机的容积效率，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。
附图说明
图1原始转子型线示意图；
图2本发明5/6齿转子型线示意图；
图3本发明转子型线参数
图4本发明转子型线参数
图5本发明4/6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，在原始螺杆转子型线中，左侧阳转子型线中A1A2A3A4A5为单齿齿形，单齿齿形A1A2A3A4A5绕阳转子型线原点Om旋转
参见图2，本发明将原始转子型线的尖点B2及尖点B4改为与椭圆弧段B2B3及椭圆弧段B5B6，相应的，与椭圆弧段B2B3啮合的曲线段A2A3为相应椭圆的包络线段，与椭圆弧段B5B6啮合的曲线段A5A6为相应椭圆的包络线段。将原始转子型线的尖点A4及圆弧段A3A4改为与椭圆弧段A4A5及椭圆弧段A3A4，相应的，与椭圆弧段A4A5啮合的曲线段B4B5为相应椭圆的包络线段，与椭圆弧段A3A4啮合的曲线段B3B4为相应椭圆的包络线段，从而解决了原始转子型线的尖点问题。图2中的双螺杆压缩机左侧阳转子型线的单齿齿形A1A2A3A4A5A6由首尾依次连接的齿根圆弧段A1A2，椭圆包络线段A2A3，椭圆弧段A3A4，椭圆弧段A4A5，椭圆包络线段A5A6组成。图2中的双螺杆压缩机右侧阴转子型线的单齿齿形B1B2B3B4B5B6由首尾依次连接的齿顶圆弧段B1B2，椭圆弧段B2B3，椭圆包络线段B3B4，椭圆包络线段B4B5，椭圆段B5B6组成。在转动啮合过程中，可以实现正确的啮合，线段AiAi+1与线段BiBi+1(i＝(1,2,3,4,5))进行啮合。
阴阳转子型线由参数中心距c，阳转子齿数n1，阴转子齿数n2，阳转子齿顶圆半径rm，阴转子齿顶圆半径rf及椭圆弧段A3A4、A4A5、B2B3、B5B6的长短轴长度唯一决定。
阴转子型线的齿顶圆半径为rf，左侧阳转子型线齿根圆弧段A1A2的参数方程为：
其中
左侧阳转子型线的椭圆包络线段A2A3与椭圆弧段B2B3相啮合，其参数方程可表示为：
带入椭圆弧段B2B3的参数方程：
可得，
其中，α与θ的关系可由啮合定理推出，表示为：
其中参数为可设计变量，几何含义如图3所示。参数
左侧阳转子型线的椭圆弧段A3A4的参数方程为：
其中参数
左侧阳转子型线的椭圆弧段A4A5的参数方程为：
其中参数为可设计变量，其几何含义如图4所示。参数
左侧阳转子型线的椭圆包络线段A5A6与椭圆弧段B5B6相啮合，其参数方程可表示为：
带入椭圆弧段B5B6的参数方程：
可得，
其中，α与θ的关系可由啮合定理推出，表示为：
其中参数
本发明左侧阳转子型线A1A2A3A4A5A6的相邻曲线段交点处连续且斜率连续。
阳转子型线的齿顶圆半径为rm，右侧阴转子型线齿顶圆弧段B1B2的参数方程为：
其中
右侧阴转子型线的椭圆段B2B3与椭圆包络线段A2A3相啮合，其参数方程可表示为：
其中，参数
上述方程中的参数与椭圆包络线段A2A3的同名参数为同一参数。
右侧阴转子型线的椭圆包络线段B3B4与椭圆弧段A3A4相啮合，其参数方程可表示为：
带入椭圆弧段A3A4的参数方程：
可得，
其中，α与θ的关系可由啮合定理推出，表示为：
其中，参数为可设计变量，几何含义如图4所示。参数
上述方程中的参数与椭圆弧段A3A4的同名参数为同一参数。
右侧阴转子型线的椭圆包络线段B4B5与椭圆弧段A4A5相啮合，其参数方程可表示为：
带入椭圆弧段A4A5的参数方程：
可得，
其中，α与θ的关系可由啮合定理推出，表示为：
其中参数
上述方程中的参数与椭圆弧段A4A5的同名参数为同一参数。
右侧阴转子型线的椭圆弧段B5B6的参数方程为：
其中参数
上述方程中的参数与椭圆包络线段A5A6的同名参数为同一参数。
本发明右侧阴转子型线B1B2B3B4B5B6的相邻曲线段交点处连续且斜率连续。
双螺杆转子型线的单齿齿形独立参数有中心距c，阳转子齿数n1，阴转子齿数n2，阳转子齿顶圆半径rm，阴转子齿顶圆半径rf，椭圆弧段A3A4的长短轴长度
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中心距c，阳转子齿数n1，阴转子齿数n2，阳转子齿顶圆半径rm，阴转子齿顶圆半径rf，图2所示为n1＝5,n2＝6，图5所示为n1＝4,n2＝6
2、由气体的密封性要求、受力性能与抽气速率要求优选椭圆弧段A3A4的长短轴长度
3、利用上述优选参数进行曲线的求解。
双螺杆转子采用本发明的型线可以消除尖点，并且能依据设计工况需要，灵活调节转子型线形状，从而提高了经过优化后的双螺杆压缩机的容积效率，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。
- 上一篇：一种医用注射器针头装配设备
- 下一篇：一种滑片抵靠可靠的旋片式真空泵