本發(fā)明涉及一種全光滑的不對稱雙爪轉(zhuǎn)子，用于爪式流體機械，尤其是適用于吸氣量大、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速高、密封性要求高的場合。

背景技術(shù)：

爪式流體機械是一種在生產(chǎn)中廣泛使用的新型干式流體機械，可作為真空泵、壓縮機和膨脹機使用，其設(shè)計的關(guān)鍵是爪式轉(zhuǎn)子的型線設(shè)計；爪式轉(zhuǎn)子由一對能夠?qū)崿F(xiàn)共軛嚙合的轉(zhuǎn)子組成，通過同步齒輪實現(xiàn)轉(zhuǎn)子的同步異向雙回轉(zhuǎn)運動，使工作腔容積發(fā)生周期性變化，完成氣體的吸入、壓縮和排出過程。

爪式轉(zhuǎn)子的形狀及其型線的嚙合特性直接決定著爪式流體機械的工作性能，現(xiàn)有的爪式轉(zhuǎn)子的組成型線類型包括：圓弧、圓弧的包絡(luò)線、擺線、擺線的等距曲線、線段、線段的包絡(luò)線。中國專利(專利號：cn03237695.2)提出了一種非對稱爪型干式真空泵的爪式轉(zhuǎn)子，由圓弧、擺線、線段和它們的包絡(luò)線組成，實現(xiàn)了共軛轉(zhuǎn)子曲線的正確的嚙合；但該爪式轉(zhuǎn)子型線存在著以下缺點：①爪式轉(zhuǎn)子與泵腔之間的接觸是點與線的接觸，在高壓段，容易造成壓縮腔氣體泄漏增加，降低了爪式流體機械的使用性能；②左轉(zhuǎn)子和右轉(zhuǎn)子各存在2處尖點，尖點處易造成泄漏加劇、磨損增加、應(yīng)力集中和受力變形等問題，降低了爪式轉(zhuǎn)子的使用壽命和運轉(zhuǎn)穩(wěn)定性。

中國專利(專利號：cn201610257182.x)提出了一種特殊爪式轉(zhuǎn)子型線，由圓弧、圓弧的包絡(luò)線、線段、線段的包絡(luò)線、擺線的等距曲線組成的不對稱雙爪轉(zhuǎn)子，實現(xiàn)了轉(zhuǎn)子型線的全光滑連接，但該爪式轉(zhuǎn)子型線存在以下缺點：①轉(zhuǎn)子與泵腔之間的密封性能仍較差；②爪臂處較為細長，轉(zhuǎn)子在高溫高壓下運轉(zhuǎn)，爪臂處的力學(xué)性能較差，容易失效。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決爪式轉(zhuǎn)子嚙合過程中，點與線的嚙合易產(chǎn)生較大泄漏，且尖點處力學(xué)性能較差的缺點，為了得到全光滑的爪式轉(zhuǎn)子，同時為了豐富爪式轉(zhuǎn)子的型線類型，本發(fā)明采用橢圓弧與橢圓弧的包絡(luò)線作為爪式轉(zhuǎn)子型線，提出了一種全光滑的不對稱雙爪轉(zhuǎn)子和構(gòu)建方法；對左爪式轉(zhuǎn)子(101)，在爪頂處采用1段爪頂圓弧，在爪背處采用1段擺線的等距曲線，提高了爪式轉(zhuǎn)子的嚙合密封性；采用1段橢圓弧，提高了爪式轉(zhuǎn)子運動中的穩(wěn)定性和爪式流體機械的吸氣量、內(nèi)容積比和容積利用率；對右爪式轉(zhuǎn)子(102)，在第三爪尖處采用1段爪尖圓弧，在第四爪尖處采用1段爪尖圓弧，提高了轉(zhuǎn)子的嚙合密封性，減小了轉(zhuǎn)子的磨損；該爪式轉(zhuǎn)子實現(xiàn)了轉(zhuǎn)子型線的全光滑連接，消除了爪式轉(zhuǎn)子與泵腔的點與線的嚙合，能夠有效地減小尖點處的應(yīng)力集中、受力變形和磨損泄漏，提高了爪式轉(zhuǎn)子的力學(xué)性能和嚙合密封性，使得該爪式轉(zhuǎn)子能夠適用于更高轉(zhuǎn)速、更高壓力和更高溫度的使用場合，提高了轉(zhuǎn)子的使用性能和壽命；對于豐富爪式轉(zhuǎn)子型線類型和促進爪式真空泵、爪式壓縮機和爪式膨脹機的發(fā)展都具有重要的意義。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種全光滑的不對稱雙爪轉(zhuǎn)子，其特征是：包括左爪式轉(zhuǎn)子(101)和右爪式轉(zhuǎn)子(102)；左爪式轉(zhuǎn)子(101)的組成型線包括：4段擺線的等距曲線、8段圓弧、2段線段和2段橢圓弧，且相鄰型線全部能夠?qū)崿F(xiàn)光滑連接；左爪式轉(zhuǎn)子(101)關(guān)于其回轉(zhuǎn)中心點o1中心對稱，即左爪式轉(zhuǎn)子(101)以其回轉(zhuǎn)中心點o1為中心旋轉(zhuǎn)180°后，與未旋轉(zhuǎn)的左爪式轉(zhuǎn)子(101)完全重合，點o1是左爪式轉(zhuǎn)子(101)的對稱中心；左爪式轉(zhuǎn)子(101)的組成型線的二分之一按逆時針方向依次為：第一擺線的等距曲線ab、第一爪尖圓弧bc、爪頂圓弧cd、第二爪尖圓弧de、第二擺線的等距曲線ef、線段fg、節(jié)圓圓弧gh、橢圓弧hi；右爪式轉(zhuǎn)子(102)與左爪式轉(zhuǎn)子(101)的形狀和組成型線種類不完全相同；右爪式轉(zhuǎn)子(102)的組成型線包括：4段擺線的等距曲線、8段圓弧、2段線段的包絡(luò)線、2段橢圓弧的包絡(luò)線，且相鄰型線全部能夠?qū)崿F(xiàn)光滑連接；右爪式轉(zhuǎn)子(102)關(guān)于其回轉(zhuǎn)中心點o2中心對稱，即右爪式轉(zhuǎn)子(102)以其回轉(zhuǎn)中心點o2為中心旋轉(zhuǎn)180°后，與未旋轉(zhuǎn)的右爪式轉(zhuǎn)子(102)完全重合，點o2是右爪式轉(zhuǎn)子(102)的對稱中心；右爪式轉(zhuǎn)子(102)的組成型線的二分之一按順時針方向依次為：第三爪尖圓弧ab、第三擺線的等距曲線bc、爪底圓弧cd、第四擺線的等距曲線de、第四爪尖圓弧ef、線段的包絡(luò)線fg、節(jié)圓圓弧gh、橢圓弧的包絡(luò)線hi。

一種全光滑的不對稱雙爪轉(zhuǎn)子，其特征是：在同步異向雙回轉(zhuǎn)運動下，左爪式轉(zhuǎn)子(101)和右爪式轉(zhuǎn)子(102)的組成型線能夠?qū)崿F(xiàn)完全正確的嚙合；左爪式轉(zhuǎn)子(101)的第一擺線的等距曲線ab、第一爪尖圓弧bc、爪頂圓弧cd、第二爪尖圓弧de、第二擺線的等距曲線ef、線段fg、節(jié)圓圓弧gh、橢圓弧hi，分別與右爪式轉(zhuǎn)子(102)的第三爪尖圓弧ab、第三擺線的等距曲線bc、爪底圓弧cd、第四擺線的等距曲線de、第四爪尖圓弧ef、線段的包絡(luò)線fg、節(jié)圓圓弧gh、橢圓弧的包絡(luò)線hi能夠?qū)崿F(xiàn)正確的嚙合；其對稱部分也能夠?qū)崿F(xiàn)正確的嚙合。

一種全光滑的不對稱雙爪轉(zhuǎn)子，其特征是：

①左爪式轉(zhuǎn)子(101)的爪頂圓弧cd和右爪式轉(zhuǎn)子(102)的爪底圓弧cd對應(yīng)的圓心角相等，為α；左爪式轉(zhuǎn)子(101)的節(jié)圓圓弧gh和右爪式轉(zhuǎn)子(102)的節(jié)圓圓弧gh對應(yīng)的圓心角相等，為π/2－α－β－γ；

角度β由以下公式確定：

②擺線的等距曲線方程可以通過擺線方程進行等距變換得到：

擺線的方程為：

擺線的等距曲線方程為：

其中，a表示等距偏移距離；

③左爪式轉(zhuǎn)子(101)的ab段為擺線的等距曲線，曲線方程為：

rab＝r2，其中l(wèi)＝r1－r6，a＝r6；

④左爪式轉(zhuǎn)子(101)的ef段為擺線的等距曲線，曲線方程為：

其中a＝－r7，

角度γ由以下公式確定：

其中，坐標(biāo)(x0,y0)是圓弧x²+y²＝(r1-r4)²和曲線ab的等距曲線的交點，中，l＝r1－r6，a＝r4+r6；

角度ζ由以下公式確定：

其中，坐標(biāo)(x1,y1)是曲線de的等距曲線和曲線fg的等距曲線的交點；

其中，l＝r1－r5，a＝(r5+r7)；

⑤左爪式轉(zhuǎn)子(101)的hi段為橢圓弧，曲線方程為：

⑥右爪式轉(zhuǎn)子(102)的bc段為擺線的等距曲線，曲線方程為：

其中l(wèi)＝r1－r4，a＝r4；

⑦右爪式轉(zhuǎn)子(102)的de段為擺線的等距曲線，曲線方程為：

其中l(wèi)＝r1－r5，a＝r5；

⑧右爪式轉(zhuǎn)子(102)的fg段為線段的包絡(luò)線，曲線方程為：

⑨右爪式轉(zhuǎn)子(102)的hi段為橢圓弧的包絡(luò)線，曲線方程為：

其中，

⑩將第一擺線的等距曲線ab向外等距偏移r4，得到的等距曲線與圓心為o1，半徑為r1-r4的圓的交點，就是第一爪尖圓弧bc的圓心(xbc,ybc)，以該點為圓心，作半徑為r4的圓，同時與第一擺線的等距曲線ab和爪頂圓弧cd相切，切點分別是：b點和c點，得到第一爪尖圓弧bc；第二爪尖圓弧de的圓心(xde,yde)位于圓心為o1，半徑為r1-r5的圓上，且圓心(xde,yde)與圓心o1的連線，與x正半軸的夾角為α+γ，以該點為圓心，作半徑為r5的圓，同時與爪頂圓弧cd和第二擺線的等距曲線ef相切，切點分別是：d點和e點，得到第二爪尖圓弧de；將第三擺線的等距曲線bc向外等距偏移r6，得到的等距曲線與圓心為o2，半徑為r1-r6的圓的交點，就是第三爪尖圓弧ab的圓心(xab,yab)，以該點為圓心，作半徑為r6的圓，同時與第三擺線的等距曲線bc和橢圓弧的包絡(luò)線h′i′相切，切點分別是：b點和a點，得到第三爪尖圓弧ab；將第四擺線的等距曲線de向外等距偏移r7，將線段的包絡(luò)線fg向內(nèi)等距偏移r7，兩條曲線的交點，就是第四爪尖圓弧ef的圓心(xef,yef)，以該點為圓心，作半徑為r7的圓，同時與第四擺線的等距曲線de和線段的包絡(luò)線fg相切，切點分別是：e點和f點；其對稱部分也按照上述方法生成。

以上：t—角度參數(shù)，rad；r2—節(jié)圓半徑，mm；r1—爪頂圓弧半徑，mm；r3—爪底圓弧半徑，mm；且2r2＝r1+r3；r4、r5、r6、r7—爪尖圓弧半徑，mm；且r4＝r6；ra—橢圓弧長半軸，mm；rb—橢圓弧短半軸，mm；且ra＝r3，rb＝r2；α、β、γ、ζ—角度，rad。

一種爪式真空泵，其特征是：使用所述的一種全光滑的不對稱雙爪轉(zhuǎn)子。

一種爪式壓縮機，其特征是：使用所述的一種全光滑的不對稱雙爪轉(zhuǎn)子。

一種爪式膨脹機，其特征是：使用所述的一種全光滑的不對稱雙爪轉(zhuǎn)子。

本發(fā)明的有益效果為：

①首次采用橢圓弧及其包絡(luò)線作為爪式轉(zhuǎn)子型線，橢圓弧及其包絡(luò)線有利于在更大范圍內(nèi)開設(shè)排氣口，從而提高爪式流體機械的內(nèi)容積比和綜合性能，同時減小了其相對余隙容積，降低了使用功耗和產(chǎn)生的噪聲，提高了工作效率；

②與單爪轉(zhuǎn)子爪式流體機械相比，全光滑的不對稱雙爪轉(zhuǎn)子爪式流體機械每轉(zhuǎn)的吸氣量提高20％～30％，容積利用系數(shù)提高5％～15％，顯著地提高了爪式流體機械的吸氣效率；

③該爪式轉(zhuǎn)子實現(xiàn)了組成型線的全光滑連接，不存在不光滑點，改善了爪式轉(zhuǎn)子爪尖處的力學(xué)性能，提高了爪式轉(zhuǎn)子的使用壽命；

④爪式轉(zhuǎn)子爪頂處增加1段爪頂圓弧，提高了爪式流體機械的嚙合密封性，減少了氣體的泄漏，提高了爪式轉(zhuǎn)子的使用性能；

附圖說明

圖1是一種全光滑的不對稱雙爪轉(zhuǎn)子型線圖。

圖2是一種全光滑的不對稱雙爪轉(zhuǎn)子的左爪式轉(zhuǎn)子(101)的型線圖。

圖3是一種全光滑的不對稱雙爪轉(zhuǎn)子的右爪式轉(zhuǎn)子(102)的型線圖。

圖4是一種全光滑的不對稱雙爪轉(zhuǎn)子在工作中各型線的嚙合圖。

圖中：ab、a′b′為第一擺線的等距曲線，bc、b′c′為第一爪尖圓弧，cd、c′d′為爪頂圓弧，de、d′e′為第二爪尖圓弧，ef、e′f′為第二擺線的等距曲線，fg、f′g′為線段，gh、g′h′為節(jié)圓圓弧，hi、h′i′為橢圓??；ab、a′b′為第三爪尖圓弧，bc、b′c′為第三擺線的等距曲線，cd、c′d′為爪底圓弧，de、d′e′為第四擺線的等距曲線，ef、e′f′為第四爪尖圓弧，fg、f′g′為線段的包絡(luò)線，gh、g′h′為節(jié)圓圓弧，hi、h′i′為橢圓弧的包絡(luò)線；101—左爪式轉(zhuǎn)子；102—右爪式轉(zhuǎn)子。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖與實施例對本發(fā)明作進一步說明。

如圖1所示，為所提出的一種全光滑的不對稱雙爪轉(zhuǎn)子，左爪式轉(zhuǎn)子(101)包括：4段擺線的等距曲線(ab、ef、a′b′、e′f′)、8段圓弧(bc、cd、de、gh、b′c′、c′d′、d′e′、g′h′)、2段線段(fg、f′g′)、2段橢圓弧(hi、h′i′)；右爪式轉(zhuǎn)子(102)包括：4段擺線的等距曲線(bc、de、b′c′、d′e′)、8段圓弧(ab、cd、ef、gh、a′b′、c′d′、e′f′、g′h′)、2段線段的包絡(luò)線(fg、f′g′)、2段橢圓弧的包絡(luò)線(hi、h′i′)。

如圖2所示，為所提出的一種全光滑的不對稱雙爪轉(zhuǎn)子的左爪式轉(zhuǎn)子(101)，按逆時針方向，轉(zhuǎn)子型線依次為：第一擺線的等距曲線ab、第一爪尖圓弧bc、爪頂圓弧cd、第二爪尖圓弧de、第二擺線的等距曲線ef、線段fg、節(jié)圓圓弧gh、橢圓弧hi、第一擺線的等距曲線a′b′、第一爪尖圓弧b′c′、爪頂圓弧c′d′、第二爪尖圓弧d′e′、第二擺線的等距曲線e′f′、線段f′g′、節(jié)圓圓弧g′h′、橢圓弧h′i′，所組成的爪式轉(zhuǎn)子的全部型線都是光滑連接的。

如圖3所示，為所提出的一種全光滑的不對稱雙爪轉(zhuǎn)子的右爪式轉(zhuǎn)子(102)，按順時針方向，轉(zhuǎn)子型線依次為：第三爪尖圓弧ab、第三擺線的等距曲線bc、爪底圓弧cd、第四擺線的等距曲線de、第四爪尖圓弧ef、線段的包絡(luò)線fg、節(jié)圓圓弧gh、橢圓弧的包絡(luò)線hi、第三爪尖圓弧a′b′、第三擺線的等距曲線b′c′、爪底圓弧c′d′、第四擺線的等距曲線d′e′、第四爪尖圓弧e′f′、線段的包絡(luò)線f′g′、節(jié)圓圓弧g′h′、橢圓弧的包絡(luò)線h′i′，所組成的爪式轉(zhuǎn)子的全部型線都是光滑連接的。

如圖4所示，為所提出的一種全光滑的不對稱雙爪轉(zhuǎn)子在工作中各型線的嚙合圖，(a)～(j)圖中各相鄰圖所對應(yīng)的主軸轉(zhuǎn)角相錯20°；即(a)圖到(b)圖左爪式轉(zhuǎn)子(101)逆時針旋轉(zhuǎn)20°，右爪式轉(zhuǎn)子(102)順時針旋轉(zhuǎn)20°；(b)圖到(c)圖左爪式轉(zhuǎn)子(101)逆時針旋轉(zhuǎn)20°，右爪式轉(zhuǎn)子(102)順時針旋轉(zhuǎn)20°；以此類推。在圖(a)～(e)中，左爪式轉(zhuǎn)子(101)的橢圓弧h′i′與右爪式轉(zhuǎn)子(102)的橢圓弧的包絡(luò)線h′i′相互嚙合；在圖(f)中，左爪式轉(zhuǎn)子(101)的節(jié)圓圓弧g′h′與右爪式轉(zhuǎn)子(102)的節(jié)圓圓弧g′h′相互嚙合；在圖(g)中，左爪式轉(zhuǎn)子(101)的線段f′g′與右爪式轉(zhuǎn)子(102)的線段的包絡(luò)線f′g′相互嚙合；在圖(h)中，左爪式轉(zhuǎn)子(101)的線段f′g′與右爪式轉(zhuǎn)子(102)的線段的包絡(luò)線f′g′相互嚙合，左爪式轉(zhuǎn)子(101)的第一爪尖圓弧b′c′與右爪式轉(zhuǎn)子(102)的第三擺線的等距曲線b′c′相互嚙合；在圖(i)中，左爪式轉(zhuǎn)子(101)的第二擺線的等距曲線e′f′與右爪式轉(zhuǎn)子(102)的第四爪尖圓弧e′f′相互嚙合，左爪式轉(zhuǎn)子(101)的爪頂圓弧c′d′與右爪式轉(zhuǎn)子(102)的爪底圓弧c′d′相互嚙合，左爪式轉(zhuǎn)子(101)的第一爪尖圓弧b′c′與右爪式轉(zhuǎn)子(102)的第三擺線的等距曲線b′c′相互嚙合；在圖(j)中，左爪式轉(zhuǎn)子(101)的第一擺線的等距曲線a′b′與右爪式轉(zhuǎn)子(102)的第三爪尖圓弧a′b′相互嚙合。

上述雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式進行了描述，但并非對本發(fā)明保護范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護范圍以內(nèi)。