[發明專利]一種分段圓弧型羅茨轉子及其型線設計方法

有效

• 申請號: 201810762517.2
• 申請日: 2018-07-12
• 公開（公告）號: CN108757447B
• 公開（公告）日: 2023-08-01
• 發明（設計）人: 王君;楊舒然;李宏鑫;趙峰;魏蜀紅;曹晨燕
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: F04C18/12
• 分類號: F04C18/12;F04C29/00
• 代理公司: 北京達友眾邦知識產權代理事務所(普通合伙) 11904
• 代理人: 劉艷梅

本發明公開了一種分段圓弧型羅茨轉子及其型線設計方法，左羅茨轉子(Ⅰ)與右羅茨轉子(Ⅱ)完全相同，左羅茨轉子(Ⅰ)的型線由12段曲線組成，包括：左第一齒根圓弧AB、左第一齒側圓弧包絡線BC、左第一齒側圓弧CD、左第一齒頂圓弧DE、左第二齒側圓弧EF、左第二齒側圓弧包絡線FG、左第二齒根圓弧GH、左第三齒側圓弧包絡線HI、左第三齒側圓弧IJ、左第二齒頂圓弧JK、左第四齒側圓弧KL和左第四齒側圓弧包絡線LA，任意兩條相鄰曲線之間光滑連接；兩個相同的轉子在做同步異向雙回轉運動的過程中能夠實現完全正確的嚙合，保證了羅茨轉子具有良好的氣密性；轉子的齒峰部分采用3段圓弧式組合使轉子具有高的面積利用率和設計靈活性。

技術領域

本發明涉及羅茨真空泵，特別涉及適用于羅茨真空泵的一種分段圓弧型羅茨轉子及其型線設計方法。

背景技術

羅茨真空泵屬于容積式真空泵中的一種，具有干式無油、結構簡單緊湊和抽速大的優點，在石油化工、制藥、電子、航空航天領域具有廣泛應用。羅茨真空泵的核心部件是兩個相互嚙合的羅茨轉子，在工作過程中，2個能夠相互嚙合的羅茨轉子做同步異向雙回轉運動，在吸入端產生真空，形成壓力差，從而實現氣體的吸入和排出。因此，羅茨轉子的型線設計對羅茨真空泵的工作性能有顯著影響。

目前常用的羅茨轉子有圓弧-漸開線型、圓弧-圓弧包絡線型和擺線型轉子。其中，圓弧-圓弧包絡線型轉子的型線組成簡單，具有廣泛應用。但是由于圓弧-圓弧包絡線型轉子的型線位于節圓外的部分僅為一條圓弧，其曲率半徑大，使得轉子存在面積利用系數低的問題。同時，圓弧-圓弧包絡線型轉子型線設計受轉子外圓半徑R₁與節圓半徑R₂之比的限制，轉子設計靈活性差。

文獻Wang?P?Y,Fong?Z?H,Fang?H?S.Design?constraints?of?five-arc?Rootsvacuum?pumps[J].Proceedings?of?the?Institution?of?Mechanical?Engineers,PartC:Journal?of?Mechanical?Engineering?Science,2002,216(2):225-234.研究了一種5段圓弧型羅茨轉子，其轉子齒峰部分由5段光滑連接的圓弧組成，提高了轉子的密封性能，但是由于其位于轉子頂部的圓弧的圓心位于轉子的回轉中心，導致轉子面積利用系數降低，同時轉子型線的每一葉在節圓外都包括五段圓弧，使得轉子型線組成復雜，轉子型線求解困難。

發明內容

為了解決轉子面積利用系數低、型線組成復雜和轉子設計靈活性差的問題，也為了豐富羅茨轉子型線的類型，本發明提出一種分段圓弧型羅茨轉子及其型線設計方法。在轉子的齒峰部分采用三段圓弧式組合，在保證轉子齒側圓弧與齒頂圓弧之間光滑連接同時，實現轉子全部型線的正確嚙合，羅茨轉子采用三段圓弧式設計提高了轉子的面積利用率，改善了轉子設計的靈活性。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種分段圓弧型羅茨轉子，包括：左羅茨轉子(Ⅰ)和右羅茨轉子(Ⅱ)；左羅茨轉子(Ⅰ)與右羅茨轉子(Ⅱ)完全相同，左羅茨轉子(Ⅰ)關于x軸、y軸均對稱；左羅茨轉子(Ⅰ)的組成型線包括：8段圓弧和4段圓弧包絡線，按逆時針方向依次為：左第一齒根圓弧AB、左第一齒側圓弧包絡線BC、左第一齒側圓弧CD、左第一齒頂圓弧DE、左第二齒側圓弧EF、左第二齒側圓弧包絡線FG、左第二齒根圓弧GH、左第三齒側圓弧包絡線HI、左第三齒側圓弧IJ、左第二齒頂圓弧JK、左第四齒側圓弧KL和左第四齒側圓弧包絡線LA，其中任意兩條相鄰曲線光滑連接；

左羅茨轉子(Ⅰ)上的左第一齒根圓弧AB、左第一齒頂圓弧DE、左第二齒根圓弧GH和左第二齒頂圓弧JK的圓心角相等，均為2θ，半徑相等，均為R₁-R₂，其中，R₁為轉子外圓半徑，mm；R₂為節圓半徑，mm；點C、點I分別為第一、三象限的角平分線與節圓在第一、三象限的交點，點F、點L分別為第二、四象限的角平分線與節圓在第二、四象限的交點。