一种锥形干式螺杆真空泵转子结构及其设计方法技术

本发明专利技术公开了一种锥形干式螺杆真空泵转子结构及其设计方法，其中，转子结构包括互相啮合的第一转子和第二转子，转子型线均由点啮合摆线段AB、齿顶圆弧段BC、伪多项式曲线段CD、曲线段CD的包络曲线段DE以及齿根圆弧段EA组成；所述转子型线在不同转子轴向位置设置不同的齿宽角与过渡线结构，转子型线在不同轴向位置处沿中心轴的转角变化规律通过三次样条差值所定义的A、B、C、D点获得。通过定义转子的锥角、转子中心距、初始齿顶半径、不同轴向位置处型线过渡线中伪多项式次数与型线齿宽角、转子变螺距规律曲线中的三次样条曲线差值点，即可灵活调节变螺距变型线锥形螺杆真空泵转子结构，实现工作腔容积变化规律的灵活调整。实现工作腔容积变化规律的灵活调整。实现工作腔容积变化规律的灵活调整。

【技术实现步骤摘要】
一种锥形干式螺杆真空泵转子结构及其设计方法


[0001]本专利技术属于干式螺杆真空泵
，具体涉及一种锥形干式螺杆真空泵转子结构及其设计方法。

技术介绍

[0002]干式螺杆真空泵具有运转可靠、成本低、无气阀等易损件，兼容液体以及运转效率高等特点，因此广泛作为中高真空环境获得设备，应用于医药化工与半导体行业。干式螺杆真空泵的核心零部件为一对相互啮合的转子，通过转子的啮合运动完成气体的周期性运输。为实现运输过程中转子间工作腔的变容过程，其转子结构需设置为变螺距或锥形结构，以完成气体的内压缩运输过程，降低能耗与排气温度，增强干式螺杆真空泵运行可靠性。在气体运输过程中，泄漏是影响其热力性能的主要因素，由于其转子间工作腔内气体压力由1Pa跨越至105Pa，同时腔内无油密封，减少泄漏的方式则必需依托于优化的转子结构，用以调节间隙所形成泄漏通道的位置分布、几何结构与流动工况，从而实现内部气体泄漏过程的有效调控。而目前，现有螺杆真空泵锥形转子结构可变参数单一，转子结构优化空间较小，无法实现泄漏过程的有效调控，进而造成现有螺杆真空泵锥形转子性能提升效果受限。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种锥形干式螺杆真空泵转子结构及其设计方法，实现螺杆真空泵转子结构的高设计灵活度，进而提升转子性能。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术有如下的技术方案：
[0005]一种锥形干式螺杆真空泵转子结构，包括互相啮合的第一转子和第二转子，第一转子和第二转子的型线结构相同，转子型线由点啮合摆线段AB、齿顶圆弧段BC、伪多项式曲线段CD、曲线段CD的包络曲线段DE以及齿根圆弧段EA组成；所述转子型线在不同转子轴向位置设置不同的齿宽角与过渡线结构，所述转子型线在不同轴向位置处沿中心轴的转角变化规律通过三次样条差值所定义的A、B、C、D点获得。
[0006]作为一种优选的方案，第一转子和第二转子的锥角为α，转子轴向位置所对应型线的齿顶半径按下式求解：
[0007][0008]式中，为转角为时的转子型线的齿顶半径，为转角为时所对应的转子轴向位置，转角表示转子型线沿转子中心轴的旋转角度；
[0009]转角为时所对应的转子轴向位置由下式求出：
[0010][0011]式中，P(θ)表示转子转角θ对应的当地螺距。
[0012]作为一种优选的方案，不同转子轴向位置处的转子型线具有相同的中心距，转子中心距计算表达式如下：
[0013][0014]式中，A为转子中心距，为转角为时的转子型线的齿根半径。
[0015]作为一种优选的方案，所述点啮合摆线段AB的位置向量按下式求解：
[0016][0017]式中，r
AB
表示点啮合摆线段AB的位置向量，θ表示参数变量，R
p
为节圆半径，等于A/2，矩阵M
i
为单位旋转矩阵，符合如下表达式：
[0018][0019]作为一种优选的方案，所述齿顶圆弧段BC的位置向量为：
[0020][0021]式中，表示不同转角下型线的设计齿宽角。
[0022]作为一种优选的方案，所述伪多项式曲线段CD的位置向量为：
[0023][0024]式中，表示不同转角下型线的设计伪多项式次数；
[0025]曲线段CD的包络曲线段DE由与曲线段CD的啮合关系所决定。
[0026]作为一种优选的方案，所述齿根圆弧段EA的位置向量为：
[0027][0028]作为一种优选的方案，转子转角对应的当地螺距由定义点A，点B，点C，点D的位置与点D处的斜率所确定，其中，点C的斜率为0，当地螺距与转角的关系通过三次样条差值确定，曲线段ABC表示为：
[0029][0030]式中，a
0,ABC
～a
3,ABC
为多项式系数，由下式求出：
[0031][0032]式中，P
A
，P
B
，P
C
分别表示点A、B、C所定义的当地螺距，分别点A、B、C所定义的转角；
[0033]伪多项式曲线段CD表示为：
[0034][0035]式中，a
0,CD
～a
3,CD
为多项式系数，由下式求出：
[0036][0037]式中，k
D
表示所定义的点D处的斜率。
[0038]一种所述的锥形干式螺杆真空泵转子结构的设计方法，包括：
[0039]由排气量要求确定转子中心距A、初始齿顶半径R2(0)，螺距曲线差值点A与点B位置；
[0040]由功率要求，定义转子锥角α与螺距曲线差值点C与点D的位置与点D的斜率k
D
，按下式求解转角为时的转子型线的齿顶半径按下式求出转角为时所对应的转子轴向位置表示转子转角θ对应的当地螺距；
[0041]按下式求出不同转子轴向位置所对应的型线齿根半径：
[0042][0043]按照确定出的参数，确定不同转子轴向位置处所对应转子型线的点啮合摆线段AB，齿顶圆弧段BC，伪多项式曲线段CD，曲线段CD的包络曲线段DE以及齿根圆弧段EA。
[0044]作为一种优选的方案，通过设计转子的锥角α，转子中心距A、初始齿顶半径R2(0)，转子变螺距规律曲线中的三次样条曲线差值点A、点B、点C与点D的位置与点D的斜率k
D
，设计不同转角下型线的设计伪多项式次数不同转角下型线的设计齿宽角调节变螺距变型线锥形螺杆真空泵转子结构，实现工作腔容积变化规律的调整，优化调节气体运输过程中工作腔泄漏通道的位置分布、几何结构与流动工况，获取满足不同需求下的最优转子几何结构。
[0045]相较于现有技术，本专利技术至少具有如下的有益效果：
[0046]通过合理定义转子的锥角、转子中心距、初始齿顶半径、不同轴向位置处型线过渡线中伪多项式次数与型线齿宽角、转子变螺距规律曲线中的三次样条曲线差值点，即可灵活调节变螺距变型线锥形螺杆真空泵转子结构，实现工作腔容积变化规律的灵活调整，优化调节气体运输过程中工作腔泄漏通道的位置分布、几何结构与流动工况，从而获取满足不同需求下的最优转子几何结构。与现有转子结构相比，本专利技术转子结构可灵活调整，进而使得基于现有型线结构的性能优化空间较大，从而可以获取满足不同需求下的最优转子几何结构调控。
附图说明
[0047]图1本专利技术实施例锥形干式螺杆真空泵转子结构示意图；
[0048]图2本专利技术实施例转子型线结构示意图；
[0049]图3本专利技术实施例不同参数下的转子型线示意图：
[0050](a)伪多项式次数n分别为1.1、1.6、2.1的转子型线结构；
[0051](b)齿宽角γ分别为60
°
、100
°
、140
°
的转子型线结构；
[0052](c)齿顶半径R2分别为80mm、90mm、1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锥形干式螺杆真空泵转子结构，其特征在于，包括互相啮合的第一转子和第二转子，第一转子和第二转子的型线结构相同，转子型线由点啮合摆线段AB、齿顶圆弧段BC、伪多项式曲线段CD、曲线段CD的包络曲线段DE以及齿根圆弧段EA组成；所述转子型线在不同转子轴向位置设置不同的齿宽角与过渡线结构，所述转子型线在不同轴向位置处沿中心轴的转角变化规律通过三次样条差值所定义的A、B、C、D点获得。2.根据权利要求1所述的锥形干式螺杆真空泵转子结构，其特征在于，第一转子和第二转子的锥角为α，转子轴向位置所对应型线的齿顶半径按下式求解：式中，为转角为时的转子型线的齿顶半径，为转角为时所对应的转子轴向位置，转角表示转子型线沿转子中心轴的旋转角度；转角为时所对应的转子轴向位置由下式求出：式中，P(Δ)表示转子转角Δ对应的当地螺距。3.根据权利要求2所述的锥形干式螺杆真空泵转子结构，其特征在于，不同转子轴向位置处的转子型线具有相同的中心距，转子中心距计算表达式如下：式中，A为转子中心距，为转角为时的转子型线的齿根半径。4.根据权利要求2所述的锥形干式螺杆真空泵转子结构，其特征在于，所述点啮合摆线段AB的位置向量按下式求解：段AB的位置向量按下式求解：式中，r
AB
表示点啮合摆线段AB的位置向量，θ表示参数变量，R
p
为节圆半径，等于A/2，矩阵M
i
为单位旋转矩阵，符合如下表达式：5.根据权利要求4所述的锥形干式螺杆真空泵转子结构，其特征在于，所述齿顶圆弧段BC的位置向量为：式中，表示不同转角下型线的设计齿宽角。6.根据权利要求4所述的锥形干式螺杆真空泵转子结构，其特征在于，所述伪多项式曲线段CD的位置向量为：
式中，表示不同转角下型线的设计伪多项式次数；曲线段CD的包络曲线段DE由与曲线段CD的啮合关系所决定。7.根据权利要求6所述的锥形干式螺杆真空泵转子结构，其特征在于，所述齿根圆弧段EA的位置向量为：8.根据权利要求6所述的锥形干式螺杆真空...

【专利技术属性】
技术研发人员：李丹童，何志龙，谌小倩，孙崇洲，张会明，王闯，
申请(专利权)人：冰轮低碳科技有限公司，
类型：发明
国别省市：