一种爪式真空泵的曲爪转子及其型线设计方法技术

本发明专利技术公开了一种爪式真空泵的曲爪转子及其型线设计方法，该转子由9段曲线组成：3段圆弧、3段椭圆弧和3段椭圆弧包络线；该转子在爪顶、爪尖、爪底处均采用椭圆弧与椭圆弧的包络线构建型线，相互啮合的2个转子完全相同且能够实现型线的正确啮合；相邻曲线之间均光滑连接，不存在不光滑的连接点，提高了曲爪转子的力学性能、啮合性能和密封性能；该转子具有更小的余隙容积，有效减小了压缩功耗，提高了爪式真空泵的压缩比；该转子爪顶处更加平坦，啮合范围大，啮合线长，进一步减小了磨损；该转子面积小，提高了真空泵的抽速和容积利用率；该转子丰富了爪式转子的型线类型，对爪式真空泵的发展具有重要的意义。

【技术实现步骤摘要】
一种爪式真空泵的曲爪转子及其型线设计方法
本专利技术涉及爪式真空泵，特别涉及一种爪式真空泵的曲爪转子及其型线设计方法。
技术介绍
爪式真空泵是一种在石化、医药、食品多领域中都有着广泛应用的干式真空泵，具有结构简单、运行平稳、噪音低的优点；爪式转子是爪式真空泵的核心部件，爪式转子由一对能够实现共轭啮合的转子组成，通过同步齿轮实现转子的同步异向双回转运动，实现工作腔容积的周期性变化，完成气体的吸入、压缩和排出过程，达到不断抽真空的目的。爪式转子的组成型线和啮合性能直接决定了爪式真空泵的使用性能，常见的曲爪转子型线由3段摆线和3段圆弧组成，该转子型线存在4处尖点，易导致在尖点处的磨损、变形以及应力集中，而点与摆线的啮合也会存在很大的泄漏隐患；为提高常见曲爪转子的性能，中国专利(专利号：ZL201610321238.3)提出了一种全光滑的爪式转子，该转子型线由6段圆弧、2段长幅外摆线的等距曲线和1段短幅外摆线的等距曲线组成，实现了所有曲线之间的光滑连接，不存在尖点，提高了转子的密封性能、力学性能和啮合性能；但是该对曲爪转子在相互啮合时，由于余隙容积的存在，降低了爪式真空泵的效率，同时，爪顶处虽然由后爪尖圆弧代替了尖点，但是啮合范围仍然不够平坦，啮合线较短，仍会导致一定程度的磨损。
技术实现思路
本专利技术为了进一步减小曲爪转子的余隙容积，减小爪顶处的磨损，同时为了提高曲爪转子的面积利用率，丰富曲爪转子的型线类型，提出了一种爪式真空泵的曲爪转子及其型线设计方法；本专利技术采用椭圆弧与椭圆弧的包络线构建曲爪转子型线，实现了所有曲线之间的光滑连接，不存在尖点，有效避免了产生磨损、变形和应力集中的区域，同时提高了转子的密封性能、力学性能和啮合性能；在爪顶处采用椭圆弧连接爪顶圆弧与节圆圆弧，相比圆弧连接，椭圆弧使得爪顶处更为平坦，且啮合范围大，啮合线更长，减小了爪顶处的磨损；采用椭圆弧和椭圆弧包络线连接爪顶圆弧与爪底圆弧，减小了转子的面积，提高了爪式真空泵的吸气量和容积利用率；爪底处同样采用椭圆弧与椭圆弧包络线连接爪底圆弧与节圆圆弧，有效减小了转子工作时产生的余隙容积，提高了爪式真空泵的压缩比；因此，该转子型线能够适用于更高转速、更高压力和更高温度的使用场合，提高了转子的性能和使用寿命；对于丰富爪式转子型线类型和促进爪式真空泵的发展都具有重要的意义。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种爪式真空泵的曲爪转子，包括：左曲爪转子(1)和右曲爪转子(2)，左曲爪转子(1)的组成型线包括6段曲线，按逆时针方向依次为：左第一椭圆弧包络线AB、左第一椭圆弧BC、左爪顶圆弧CD、左第二椭圆弧DE、左第三椭圆弧包络线EF、左节圆圆弧FG、左第三椭圆弧GH、左第二椭圆弧包络线HI和左爪底圆弧IA；相邻曲线之间均光滑连接，不存在不光滑的连接点；左曲爪转子(1)的组成型线与右曲爪转子(2)的组成型线完全相同；在同步异向双回转运动的工作过程中，左曲爪转子(1)的组成型线与右曲爪转子(2)的组成型线能够实现正确的啮合，且啮合关系为：左曲爪转子(1)的组成型线中的左第一椭圆弧包络线AB、左第一椭圆弧BC、左爪顶圆弧CD、左第二椭圆弧DE、左第三椭圆弧包络线EF、左节圆圆弧FG、左第三椭圆弧GH、左第二椭圆弧包络线HI和左爪底圆弧IA，分别与右曲爪转子(2)的组成型线中的右第一椭圆弧bc、右第一椭圆弧包络线ab、右爪底圆弧ia、右第二椭圆弧包络线hi、右第三椭圆弧gh、右节圆圆弧fg、右第三椭圆弧包络线ef、右第二椭圆弧de和右爪顶圆弧cd相啮合。所述的一种爪式真空泵的曲爪转子，左第一椭圆弧BC的方程为：式中：MBC为第一旋转变换矩阵，为第一初始椭圆弧，如下：式中：R1为爪顶圆弧半径，R2为节圆半径，m1为第一初始椭圆弧长半轴长度，n1为第一初始椭圆弧短半轴长度，α为第一旋转角度；左第一椭圆弧包络线AB的方程为：式中：MAB为第二旋转变换矩阵，为第一初始椭圆弧包络线，如下：第一旋转角度α由如下方程确定：式中：左第二椭圆弧DE的方程为：式中：MDE为第三旋转变换矩阵，为第二初始椭圆弧，如下：式中：m2为第二初始椭圆弧长半轴长度，n2为第二初始椭圆弧短半轴长度，β为爪顶圆弧角；左第二椭圆弧包络线HI的方程为：式中：MHI为第四旋转变换矩阵，为第二初始椭圆弧包络线，如下：式中：左第三椭圆弧GH的方程为：式中：MGH为第五旋转变换矩阵，为第三初始椭圆弧，如下：式中：m3为第三初始椭圆弧长半轴长度，n3为第三初始椭圆弧短半轴长度，γ为第二旋转角度；左第三椭圆弧包络线EF的方程为：式中：MEF为第六旋转变换矩阵，为第三初始椭圆弧包络线，如下：第二旋转角度γ由如下方程确定：式中：以上：t—角度参数，rad。所述爪式真空泵的曲爪转子的型线设计方法，包括以下步骤：1)以原点O为圆心，分别作半径为R1的爪顶圆、半径为R2的节圆和半径为R3的爪底圆；2)作第一初始椭圆弧3)作第一初始椭圆弧包络线4)求解第一旋转角度α，第一初始椭圆弧绕原点O逆时针旋转第一旋转角度α，第一初始椭圆弧包络线绕原点O顺时针旋转第一旋转角度α；5)作第二初始椭圆弧6)作第二初始椭圆弧包络线7)给定爪顶圆弧角β，第二初始椭圆弧绕原点O逆时针旋转α+β，第二初始椭圆弧包络线绕原点O顺时针旋转α+β；8)作第三初始椭圆弧9)作第三初始椭圆弧包络线10)求解第二旋转角度γ，第三初始椭圆弧绕原点O顺时针旋转α+β+γ，第三初始椭圆弧包络线绕原点O逆时针旋转α+β+γ。本专利技术的有益效果为：①所提出的曲爪转子在爪顶处采用椭圆弧作为转子型线，使得爪顶处更为平坦，且啮合范围大，啮合线长，在工作过程中能够有效减小爪顶处的磨损；②所提出的曲爪转子采用1段椭圆弧包络线连接爪尖椭圆弧与爪底圆弧，减小了转子的面积，提高了爪式真空泵的抽速和容积利用率；③所提出的曲爪转子在爪底处采用椭圆弧包络线连接爪底椭圆弧与爪底圆弧，有效减小了工作过程中两曲爪转子所形成的余隙容积；④所提出的曲爪转子实现了所有曲线之间的光滑连接，不存在尖点，有效避免了磨损、变形和应力集中，同时提高了采用该曲爪转子的真空泵的密封性能、力学性能和啮合性能。附图说明图1是所提出的一种爪式真空泵的曲爪转子的型线图。图2是所提出的一种爪式真空泵的曲爪转子的左转子的型线生成图。图3是所提出的一种爪式真空泵的曲爪转子的啮合图。图4是与图3相错50°的所提出的一种爪式真空泵的曲爪转子的啮合图。图5是现有的一种全光滑的爪式转子的型线图。图6是所提出的一种爪式真空泵的曲爪转子在工作过程中的余隙容积图。图7是现有的一种全光滑的爪式转子在工作过程中的余隙容积图。图8是所提出的一种爪式真空泵的曲爪转子在爪顶处的组成型线图。图9是现有的一种全光滑的爪式转子在爪顶处的组成型线图。图10是常见的曲爪转子的型线图。图中：R1为爪顶圆弧半径；R2为节圆半径；R3为爪底圆弧半径；m1为第一初始椭圆弧长半轴长度；n1为第一初始椭圆弧短半轴长度；m2为第二初始椭圆弧长半轴长度；n2为第二初始椭圆弧短半轴长度；m3为第三初始椭圆弧长半轴长度；n3为第三初始椭圆弧短半轴长度；α为第一旋转角度；β为爪顶圆弧角；γ为第二旋转角度；1、2为所提出的曲爪转子。具体实施方式下面结合附图与实施例对本专利技术作进一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种爪式真空泵的曲爪转子，包括：左曲爪转子(1)和右曲爪转子(2)，其特征是：左曲爪转子(1)的组成型线包括6段曲线，按逆时针方向依次为：左第一椭圆弧包络线AB、左第一椭圆弧BC、左爪顶圆弧CD、左第二椭圆弧DE、左第三椭圆弧包络线EF、左节圆圆弧FG、左第三椭圆弧GH、左第二椭圆弧包络线HI和左爪底圆弧IA；相邻曲线之间均光滑连接，不存在不光滑的连接点；左曲爪转子(1)的组成型线与右曲爪转子(2)的组成型线完全相同；在同步异向双回转运动的工作过程中，左曲爪转子(1)的组成型线与右曲爪转子(2)的组成型线能够实现正确的啮合，且啮合关系为：左曲爪转子(1)的组成型线中的左第一椭圆弧包络线AB、左第一椭圆弧BC、左爪顶圆弧CD、左第二椭圆弧DE、左第三椭圆弧包络线EF、左节圆圆弧FG、左第三椭圆弧GH、左第二椭圆弧包络线HI和左爪底圆弧IA，分别与右曲爪转子(2)的组成型线中的右第一椭圆弧bc、右第一椭圆弧包络线ab、右爪底圆弧ia、右第二椭圆弧包络线hi、右第三椭圆弧gh、右节圆圆弧fg、右第三椭圆弧包络线ef、右第二椭圆弧de和右爪顶圆弧cd相啮合。

【技术特征摘要】
1.一种爪式真空泵的曲爪转子，包括：左曲爪转子(1)和右曲爪转子(2)，其特征是：左曲爪转子(1)的组成型线包括6段曲线，按逆时针方向依次为：左第一椭圆弧包络线AB、左第一椭圆弧BC、左爪顶圆弧CD、左第二椭圆弧DE、左第三椭圆弧包络线EF、左节圆圆弧FG、左第三椭圆弧GH、左第二椭圆弧包络线HI和左爪底圆弧IA；相邻曲线之间均光滑连接，不存在不光滑的连接点；左曲爪转子(1)的组成型线与右曲爪转子(2)的组成型线完全相同；在同步异向双回转运动的工作过程中，左曲爪转子(1)的组成型线与右曲爪转子(2)的组成型线能够实现正确的啮合，且啮合关系为：左曲爪转子(1)的组成型线中的左第一椭圆弧包络线AB、左第一椭圆弧BC、左爪顶圆弧CD、左第二椭圆弧DE、左第三椭圆弧包络线EF、左节圆圆弧FG、左第三椭圆弧GH、左第二椭圆弧包络线HI和左爪底圆弧IA，分别与右曲爪转子(2)的组成型线中的右第一椭圆弧bc、右第一椭圆弧包络线ab、右爪底圆弧ia、右第二椭圆弧包络线hi、右第三椭圆弧gh、右节圆圆弧fg、右第三椭圆弧包络线ef、右第二椭圆弧de和右爪顶圆弧cd相啮合。2.如权利要求1所述的一种爪式真空泵的曲爪转子，其特征是：左第一椭圆弧BC的方程为：式中：MBC为第一旋转变换矩阵，为第一初始椭圆弧，如下：式中：R1为爪顶圆弧半径，R2为节圆半径，m1为第一初始椭圆弧长半轴长度，n1为第一初始椭圆弧短半轴长度，α为第一旋转角度；左第一椭圆弧包络线AB的方程为：式中：MAB为第二旋转变换矩阵，为第一初始椭...

【专利技术属性】
技术研发人员：王君，冯浩志，魏蜀红，李宏鑫，沙润东，崔淑洁，陈志凯，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：山东,37