專利名稱：爪式轉(zhuǎn)子的葉片設(shè)計方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種爪式轉(zhuǎn)子的葉片設(shè)計方法，其是中國臺灣發(fā)明專利申請案第94124780號(美國發(fā)明專利申請第11/214,876號)的追加專利申請，該方法能以參數(shù)化取得三葉片或三葉片以上相互共軛嚙合的定義轉(zhuǎn)子與共軛轉(zhuǎn)子，并評估求出最佳共軛嚙合的轉(zhuǎn)子性能，以提供具有較高壓縮比與輸送容積，不會產(chǎn)生噪音及震動，且具更佳吻合的嚙合效果以降低泄漏發(fā)生。
背景技術(shù)：
已知爪式轉(zhuǎn)子的構(gòu)造型式可分為單葉片、雙葉片及三葉片等，由同一型式葉片相互嚙合的定義轉(zhuǎn)子(a defined rotor)與共軛轉(zhuǎn)子(a conjugaterotor)，進(jìn)行葉片相互嚙合旋轉(zhuǎn)以提供需進(jìn)行膨脹、壓縮周期性循環(huán)運(yùn)動的機(jī)械上，已知相關(guān)爪式轉(zhuǎn)子的構(gòu)造可參考美國專利案第1,426,820、4,138,848、4,224,016、4,324,538、4,406,601、4,430,050以及5,149,256號等。該等已知爪式轉(zhuǎn)子的構(gòu)造普遍是采用兩葉片的嚙合型態(tài)，并且，其共同的缺點(diǎn)在于兩葉片的曲線在尖部形成不連續(xù)，因而，當(dāng)運(yùn)用于須進(jìn)行膨脹、壓縮周期性循環(huán)運(yùn)動的機(jī)械上，該定義轉(zhuǎn)子、共軛轉(zhuǎn)子及腔壁間的工作腔室，由兩轉(zhuǎn)子嚙合轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的膨脹壓縮過程，當(dāng)運(yùn)用于須進(jìn)行進(jìn)、排氣周期性循環(huán)壓縮運(yùn)動的機(jī)械上，該定義轉(zhuǎn)子與共軛轉(zhuǎn)子及腔壁間的工作腔室從無效壓縮至開始膨脹進(jìn)氣的過程，兩爪會在該尖部運(yùn)轉(zhuǎn)不順暢，而會有噪音與震動現(xiàn)象產(chǎn)生。簡言之，爪式轉(zhuǎn)子的葉片在尖部的曲線不順暢，將造成兩葉片相互嚙合不佳，而在膨脹壓縮過程產(chǎn)生噪音與震動，或造成因不當(dāng)?shù)膰Ш纤a(chǎn)生的摩耗，而降低使用壽命。
有鑒于此，前中國臺灣發(fā)明專利申請案第94124780號(美國發(fā)明專利申請第11/214,876號)已揭露一種能夠由不同參數(shù)定義取得相互嚙合的定義轉(zhuǎn)子與共軛轉(zhuǎn)子，當(dāng)運(yùn)用于須進(jìn)行進(jìn)、排氣周期性循環(huán)壓縮運(yùn)動的機(jī)械上，于膨脹壓縮過程由不同線形作平滑連接，以解決在運(yùn)轉(zhuǎn)的過程會有噪音與震動的現(xiàn)象。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，在于提供一種爪式轉(zhuǎn)子的葉片設(shè)計方法，該方法能以參數(shù)化取得三葉片或三葉片以上相互共軛嚙合的定義轉(zhuǎn)子(a defined rotor)與共軛轉(zhuǎn)子(a conjugate rotor)，且依該方法設(shè)計出的定義轉(zhuǎn)子與共軛轉(zhuǎn)子具更佳吻合的嚙合效果，能增加工作腔室與轉(zhuǎn)子間的防泄漏功能，因而，不僅能提高壓縮比與輸送容積，且當(dāng)運(yùn)用于須進(jìn)行膨脹、壓縮周期性循環(huán)壓縮運(yùn)動的機(jī)械上，工作腔室于運(yùn)轉(zhuǎn)過程中能有效降低泄漏發(fā)生。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的，一種爪式轉(zhuǎn)子的葉片設(shè)計方法，該方法以參數(shù)化設(shè)計出三葉片或三葉片以上相互嚙合的定義轉(zhuǎn)子與共軛轉(zhuǎn)子，包含由曲線(E)、第一圓弧(A)、第二圓弧(B)、第三圓弧(F)以及直線(Y)組成的定義轉(zhuǎn)子的單一葉片外形曲線，再經(jīng)由該外形曲線旋轉(zhuǎn)復(fù)制N-1份，N為葉片數(shù)，N大于或等于3，并依序分別旋轉(zhuǎn)360/N度至(N-1)360/N度，取得三葉片或三葉片以上的定義轉(zhuǎn)子，由已取得的定義轉(zhuǎn)子葉片外形曲線的各定義曲線的共軛曲線組成共軛轉(zhuǎn)子，其中取得該定義轉(zhuǎn)子的單一葉片外形曲線的方法包括指定定義轉(zhuǎn)子最大半徑R、定義轉(zhuǎn)子的寬度D、定義轉(zhuǎn)子與共軛轉(zhuǎn)子的節(jié)圓半徑Rp及此二節(jié)圓的圓心(t1)、(t3)，此二節(jié)圓中心距為2Rp，Rp小于R，且R與Rp二者有一適當(dāng)比例；取一節(jié)圓的圓心(t1)作為定義轉(zhuǎn)子的圓心，通過另一節(jié)圓的圓心(t3)作水平線(h1)，并在該水平線(h1)上取得一第一點(diǎn)(P0)，此第一點(diǎn)(P0)與所述節(jié)圓的圓心(t1)的水平距離為R，由第一點(diǎn)(P0)繞所述節(jié)圓圓心(t1)產(chǎn)生一共軛曲線(E’)，該共軛曲線(E’)相對于二節(jié)圓交點(diǎn)(P7)得一對稱曲線(E)，取此曲線(E)作為轉(zhuǎn)子的葉片一部份，該曲線(E)在水平線h1上得一交點(diǎn)(P5)；由該水平線(h1)以定義轉(zhuǎn)子圓心(t1)為圓心，半徑為R的圓心角α，決定定義轉(zhuǎn)子運(yùn)動曲線的另一第二點(diǎn)(P1)，連接前述第一點(diǎn)(P0)與第二點(diǎn)(P1)可取得定義轉(zhuǎn)子的葉片外形曲線的第一圓弧(A)，且與曲線(E)平順連接；于該圓心角α的夾邊(h2)上取得第二圓心點(diǎn)(t2)，并經(jīng)由如下公式求得第二圓心點(diǎn)(t2)的半徑rB，即rB+(R-rB)sinα=D2]]>rB=D/2-Rsinα1-sinα]]>以第二圓心點(diǎn)(t2)為圓心，第二點(diǎn)(P1)作為第二圓弧(B)的一端點(diǎn)，依半徑rB取得一第二圓弧(B)為定義轉(zhuǎn)子的葉片外形曲線一部份；取第三圓弧(F)的圓心位置在所述節(jié)圓的圓心(t1)，其半徑rF＝2Rp-R，第三圓弧(F)的一端點(diǎn)(P4)在方向角度為Δθ的方向，Δθ為360度除以葉片數(shù)N的角度值；取第二圓弧(B)與第三圓弧(F)的外公切線上的兩點(diǎn)(P2)、(P3)，并連接為直線(Y)，上述第二圓弧(B) 與第三圓弧(F)的外公切線上的兩點(diǎn)(P2)、(P3)分別為第二圓弧(B)與第三圓弧(F)的端點(diǎn)；上述的曲線(E)、第一圓弧(A)、第二圓弧(B)、第三圓弧(F)、直線(Y)組成定義轉(zhuǎn)子的單一葉片外形曲線。
定義轉(zhuǎn)子最大半徑R與節(jié)圓半徑Rp的比例為R＝3Rp/2。


圖1為本發(fā)明爪式轉(zhuǎn)子設(shè)計方法形成端點(diǎn)共軛曲線的示意圖。
圖2為本發(fā)明爪式轉(zhuǎn)子設(shè)計方法形成定義轉(zhuǎn)子的三葉片外形的示意圖。
圖3為本發(fā)明爪式轉(zhuǎn)子設(shè)計方法形成共軛轉(zhuǎn)子的三葉片外形的示意圖。
圖4本發(fā)明爪式轉(zhuǎn)子的葉片設(shè)計方法中定義轉(zhuǎn)子的厚度D為45，50，55.....80mm；圓心角α為6度時，定義轉(zhuǎn)子與共軛轉(zhuǎn)子的三葉片外形變化的示意圖。
圖5至圖7為本發(fā)明四爪、五爪及十爪的定義轉(zhuǎn)子實施例。
附圖標(biāo)號定義轉(zhuǎn)子1，1’ 共軛轉(zhuǎn)子2，2’最大半徑R 定義轉(zhuǎn)子寬度D節(jié)圓半徑Rp 直線Y圓心t1，t2，t3 水平線h1，h2點(diǎn)P0，P1，P2，P3，P4，P7圓心角α 半徑rB，rF曲線E，E’ 圓弧A，B，F(xiàn)定義轉(zhuǎn)子最小者S1’ 共軛轉(zhuǎn)子最大者L1’具體實施方式
請參閱圖1至圖3，為本發(fā)明取得三葉片的定義轉(zhuǎn)子1與共軛轉(zhuǎn)子2的方法，如圖所示，該定義轉(zhuǎn)子1的三葉片外形取得包括如下步驟
1.指定定義轉(zhuǎn)子最大半徑R＝60mm、定義轉(zhuǎn)子寬度D＝65mm、定義轉(zhuǎn)子及共軛轉(zhuǎn)子的節(jié)圓半徑Rp＝40mm，此二節(jié)圓的圓心分別為t1及t3，Rp小于R，且定義轉(zhuǎn)子最大半徑R與節(jié)圓半徑Rp的比例為R＝3Rp/2。
2.請參閱圖1，取一節(jié)圓的圓心t1作為定義轉(zhuǎn)子的圓心，通過一水平線h1，并在該水平線h1上取得一第一點(diǎn)P0，此點(diǎn)P0與圓心t1的水平距離為R，由該點(diǎn)P0繞所述節(jié)圓圓心t1產(chǎn)生一共軛曲線E’，該曲線E’相對于二節(jié)圓交點(diǎn)P7得一對稱曲線E，取此對稱曲線E作為轉(zhuǎn)子的葉片一部份，請參閱圖2，該曲線E在水平線h1上得一交點(diǎn)P5。
3.定義轉(zhuǎn)子外形曲線的另一第二點(diǎn)P1，由定義轉(zhuǎn)子圓心t1以半徑R及所指定的圓心角α決定(α＝6)，連接第一點(diǎn)P0與第二P1可取得第一圓弧A。
4.取圓心角α的夾邊h2，且在該夾邊h2上取得一圓心點(diǎn)t2，半徑為rB。
5.該半徑rB由如下公式求得(其中R＝定義轉(zhuǎn)子的最大半徑；即圓心t1至第二點(diǎn)P1的長度)rB+(R-rB)sinα=D2]]>rB=D/2-Rsinα1-sinα]]>6.以t2為圓心，第二點(diǎn)P1作為第二圓弧B的一端點(diǎn)，依所求得的半徑rB取得一第二圓弧B為定義轉(zhuǎn)子的葉片外形曲線一部份。
7.取第三圓弧F的圓心位置在所述節(jié)圓的圓心t1，其半徑rF＝2Rp-R，第三圓弧F的一端點(diǎn)P4在方向角度Δθ為120度的方向。
8.取第二圓弧B與第三圓弧F的外公切線上的兩點(diǎn)P2與P3，并連接為直線Y，P2，P3分別為第二圓弧B與第三圓弧F的端點(diǎn)。
取上述的曲線E、第一圓弧A、第二圓弧B、第三圓弧F、直線Y等分別旋轉(zhuǎn)120與240組成三葉片的定義轉(zhuǎn)子。
另，該形成共軛轉(zhuǎn)子步驟，利用上述步驟決定定義轉(zhuǎn)子的三葉片外形后，共軛轉(zhuǎn)子2的三葉片外形則由定義轉(zhuǎn)子各定義曲線的共軛曲線組成(如圖3)。另請參閱圖4，為本發(fā)明爪式轉(zhuǎn)子的三葉片其中定義轉(zhuǎn)子1’最大半徑R為60mm、節(jié)圓半徑Rp為45mm、定義轉(zhuǎn)子寬度D值分別為45，50，55，60....80mm、圓心角α為6度的三葉片的應(yīng)用例，如圖所示，在如此條件下，定義轉(zhuǎn)子1’與共軛轉(zhuǎn)子2’的外形變化，依共軛嚙合的特性，該定義轉(zhuǎn)子1’的寬度D值最較小者S1’，所對應(yīng)的共軛轉(zhuǎn)子2’的外形為最大者L1’，如此類推，實際應(yīng)用上可以視需要作對應(yīng)的調(diào)整。
續(xù)請參閱圖5至圖7，為本發(fā)明四葉片、五葉片及十葉片的定義轉(zhuǎn)子與共軛轉(zhuǎn)子實施例，其設(shè)計方法與前述三葉片的各步驟相同，惟，僅在第三圓弧F的一端點(diǎn)P4方向角度Δθ不同，該Δθ為360度除以N葉片的角度值，即在四葉片時為90度方向、五葉片時為72度方向、十葉片時為36度方向。
由本發(fā)明的方法所制出的三葉片或三葉片以上的定義轉(zhuǎn)子與共軛轉(zhuǎn)子，當(dāng)運(yùn)用于須進(jìn)行膨脹、壓縮周期性循環(huán)運(yùn)動的機(jī)械上，定義轉(zhuǎn)子與共軛轉(zhuǎn)子及腔壁間的工作腔室由轉(zhuǎn)子嚙合轉(zhuǎn)動的膨脹壓縮過程，以不同曲線平滑連接，故而，能夠使得兩轉(zhuǎn)子在運(yùn)轉(zhuǎn)的過程不會有噪音與震動的現(xiàn)象產(chǎn)生，且共軛轉(zhuǎn)子外型曲線上相對于定義轉(zhuǎn)子第三圓弧F所產(chǎn)生的共軛曲線為一圓弧，于轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)時可以有效增加工作腔室密封性，能夠在工作腔室膨脹壓縮過程中有效降低泄漏發(fā)生，而更可以提高壓縮比與輸送容積。
雖然本發(fā)明已以具體實施例揭示，但其并非用以限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的構(gòu)思和范圍的前提下所作出的等同組件的置換，或依本發(fā)明專利保護(hù)范圍所作的等同變化與修飾，皆應(yīng)仍屬本專利涵蓋之范疇。
權(quán)利要求
1.一種爪式轉(zhuǎn)子的葉片設(shè)計方法，該方法以參數(shù)化設(shè)計出三葉片或三葉片以上相互嚙合的定義轉(zhuǎn)子與共軛轉(zhuǎn)子，其特征在于包含由曲線(E)、第一圓弧(A)、第二圓弧(B)、第三圓弧(F)以及直線(Y)組成的定義轉(zhuǎn)子的單一葉片外形曲線，再經(jīng)由該外形曲線旋轉(zhuǎn)復(fù)制N-1份，N為葉片數(shù)，N大于或等于3，并依序分別旋轉(zhuǎn)360/N度至(N-1)360/N度，取得三葉片或三葉片以上的定義轉(zhuǎn)子，由已取得的定義轉(zhuǎn)子葉片外形曲線的各定義曲線的共軛曲線組成共軛轉(zhuǎn)子，其中取得該定義轉(zhuǎn)子的單一葉片外形曲線的方法包括指定定義轉(zhuǎn)子最大半徑R、定義轉(zhuǎn)子的寬度D、定義轉(zhuǎn)子與共軛轉(zhuǎn)子的節(jié)圓半徑Rp及此二節(jié)圓的圓心(t1)、(t3)，此二節(jié)圓中心距為2Rp，Rp小于R，且R與Rp二者有一適當(dāng)比例；取一節(jié)圓的圓心(t1)作為定義轉(zhuǎn)子的圓心，通過另一節(jié)圓的圓心(t3)作水平線(h1)，并在該水平線(h1)上取得一第一點(diǎn)(P0)，此第一點(diǎn)(P0)與所述節(jié)圓的圓心(t1)的水平距離為R，由第一點(diǎn)(P0)繞所述節(jié)圓圓心(t1)產(chǎn)生一共軛曲線(E’)，該共軛曲線(E’)相對于二節(jié)圓交點(diǎn)(P7)得一對稱曲線(E)，取此曲線(E)作為轉(zhuǎn)子的葉片一部份，該曲線(E)在水平線h1上得一交點(diǎn)(P5)；由該水平線(h1)以定義轉(zhuǎn)子圓心(t1)為圓心，半徑為R的圓心角α，決定定義轉(zhuǎn)子運(yùn)動曲線的另一第二點(diǎn)(P1)，連接前述第一點(diǎn)(P0)與第二點(diǎn)(P1)可取得定義轉(zhuǎn)子的葉片外形曲線的第一圓弧(A)，且與曲線(E)平順連接；于該圓心角α的夾邊(h2)上取得第二圓心點(diǎn)(t2)，并經(jīng)由如下公式求得第二圓心點(diǎn)(t2)的半徑rB，即rB+(R-rB)sinα=D2]]>rB=D/2-Rsinα1-sinα]]>以第二圓心點(diǎn)(t2)為圓心，第二點(diǎn)(P1)作為第二圓弧(B)的一端點(diǎn)，依半徑rB取得一第二圓弧(B)為定義轉(zhuǎn)子的葉片外形曲線一部份；取第三圓弧(F)的圓心位置在所述節(jié)圓的圓心(t1)，其半徑rF＝2Rp-R，第三圓弧(F)的一端點(diǎn)(P4)在方向角度為Δθ的方向，Δθ為360度除以葉片數(shù)N的角度值；取第二圓弧(B)與第三圓弧(F)的外公切線上的兩點(diǎn)(P2)、(P3)，并連接為直線(Y)，上述第二圓弧(B)與第三圓弧(F)的外公切線上的兩點(diǎn)(P2)、(P3)分別為第二圓弧(B)與第三圓弧(F)的端點(diǎn)；上述的曲線(E)、第一圓弧(A)、第二圓弧(B)、第三圓弧(F)、直線(Y)組成定義轉(zhuǎn)子的單一葉片外形曲線。
2.如權(quán)利要求1所述的爪式轉(zhuǎn)子的葉片設(shè)計方法，其特征在于定義轉(zhuǎn)子最大半徑R與節(jié)圓半徑Rp的比例為R＝3Rp/2。
全文摘要
本發(fā)明提供一種爪式轉(zhuǎn)子的葉片設(shè)計方法，該方法以參數(shù)化設(shè)計出三葉片或三葉片以上相互嚙合的定義轉(zhuǎn)子與共軛轉(zhuǎn)子，其包含由曲線(E)、第一圓弧(A)、第二圓弧(B)、第三圓弧(F)以及直線(Y)等組成定義轉(zhuǎn)子的單一葉片的外形曲線，再由該單一外形曲線旋轉(zhuǎn)復(fù)制N－1份，N大于或等于3，并依序分別旋轉(zhuǎn)360/N度至(N－1)360/N度，取得三葉片或三葉片以上的定義轉(zhuǎn)子，該第二圓弧(B)的半徑r
文檔編號F04C18/14GK1987051SQ20051013506
公開日2007年6月27日 申請日期2005年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月23日
發(fā)明者鐘添東, 林恒毅 申請人:良峰塑膠機(jī)械股份有限公司