本發(fā)明涉及一種包含橢圓弧的爪式轉(zhuǎn)子，應(yīng)用于爪式真空泵，尤其是適用于吸氣量大、氣體雜質(zhì)較多的工作場合。

背景技術(shù)：

爪式真空泵是一種在生產(chǎn)中廣泛使用的新型干式真空泵，爪式轉(zhuǎn)子的型線組成和嚙合特性決定了爪式真空泵的使用性能，所以爪式真空泵設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是爪式轉(zhuǎn)子的型線設(shè)計(jì)；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(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子的同步異向雙回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，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，實(shí)現(xiàn)不斷抽真空的目的。

現(xiàn)有爪式轉(zhuǎn)子的型線類型包括：圓弧、擺線、線段以及它們的包絡(luò)線。中國專利(專利號：cn201510400518.9)提出了一種全嚙合的爪式轉(zhuǎn)子型線，該爪式轉(zhuǎn)子能夠提高轉(zhuǎn)子的嚙合密封性和力學(xué)性能；但該爪式轉(zhuǎn)子存在以下缺點(diǎn)：①單爪式轉(zhuǎn)子真空泵的吸氣量和容積利用率較低，在氣量較大的工作場合難以滿足使用要求；②爪式轉(zhuǎn)子型線的光滑連接，使轉(zhuǎn)子對氣體雜質(zhì)，尤其是爪背處的氣體雜質(zhì)較為敏感，不適用于氣體雜質(zhì)較多的工作場合。

中國專利(專利號：cn200510088855.5)提出了一種爪式轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)出相互共軛嚙合的定義轉(zhuǎn)子和共軛轉(zhuǎn)子，并以參數(shù)化方法得到運(yùn)動(dòng)曲線，從而評估最佳轉(zhuǎn)子性能；但該爪式轉(zhuǎn)子存在以下缺點(diǎn)：①爪式轉(zhuǎn)子在爪頂處是點(diǎn)與線的嚙合，所以爪頂處密封效果差，在高壓段容易造成氣體的泄漏，降低了爪式真空泵的使用性能和工作效率；②爪臂處厚度較小，在工作過程中爪臂處力學(xué)性能較差，容易產(chǎn)生失效，降低了爪式真空泵的使用壽命和穩(wěn)定性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決爪式轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，點(diǎn)與線的嚙合容易產(chǎn)生較大泄漏，為了提高轉(zhuǎn)子的自清潔能力，使爪式真空泵能適用于更多的場合，同時(shí)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，提出了一種包含橢圓弧的爪式轉(zhuǎn)子和構(gòu)建方法；在爪頂處采用1段爪頂圓弧，提高轉(zhuǎn)子與泵殼的嚙合密封性，減小了壓縮時(shí)間隙處的氣體泄漏和爪背處的受力變形；采用1段橢圓弧，使從爪底處向爪背處的過渡更符合爪式真空泵的工作過程，提高了爪式真空泵的吸氣量、內(nèi)容積比和容積利用率，曲線曲率變化更為連續(xù)平緩，轉(zhuǎn)子運(yùn)轉(zhuǎn)更加平穩(wěn)，降低了噪聲，提高了爪式轉(zhuǎn)子的力學(xué)性能；所以，該轉(zhuǎn)子型線能夠適用于更高轉(zhuǎn)速、更高壓力和更高溫度的使用場合，提高了轉(zhuǎn)子的性能和使用壽命；對于豐富爪式轉(zhuǎn)子型線類型和促進(jìn)爪式真空泵的發(fā)展都具有重要的意義。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種包含橢圓弧的爪式轉(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：2段擺線、4段圓弧、2段線段、2段橢圓弧，左爪式轉(zhuǎn)子(101)關(guān)于其回轉(zhuǎn)中心點(diǎn)o1中心對稱，即左爪式轉(zhuǎn)子(101)以其回轉(zhuǎn)中心點(diǎn)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(diǎn)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(shí)針方向依次為：第一擺線ab、爪頂圓弧bc、線段cd、節(jié)圓圓弧de、橢圓弧ef；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、4段圓弧、2段線段的包絡(luò)線、2段橢圓弧的包絡(luò)線，右爪式轉(zhuǎn)子(102)關(guān)于其回轉(zhuǎn)中心點(diǎn)o2中心對稱，即右爪式轉(zhuǎn)子(102)以其回轉(zhuǎn)中心點(diǎn)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(diǎn)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(shí)針方向依次為：第二擺線ab、爪底圓弧bc、第三擺線cd、線段的包絡(luò)線de、節(jié)圓圓弧ef、橢圓弧的包絡(luò)線fg。

一種包含橢圓弧的爪式轉(zhuǎn)子，其特征是：在同步異向雙回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)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ab、第一爪尖b、爪頂圓弧bc、第二爪尖c、線段cd、節(jié)圓圓弧de、橢圓弧ef，分別與右爪式轉(zhuǎn)子(102)的第三爪尖a、第二擺線ab、爪底圓弧bc、第三擺線cd、線段的包絡(luò)線de、節(jié)圓圓弧ef、橢圓弧的包絡(luò)線fg相嚙合；其對稱部分也能夠?qū)崿F(xiàn)正確的嚙合。

一種包含橢圓弧的爪式轉(zhuǎn)子，其特征是：

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

角度β由以下公式確定：

②左爪式轉(zhuǎn)子(101)的第一擺線ab和右爪式轉(zhuǎn)子(102)的第二擺線ab、第三擺線cd的方程為：

③右爪式轉(zhuǎn)子(102)的線段的包絡(luò)線de的方程為：

④右爪式轉(zhuǎn)子(102)的橢圓弧的包絡(luò)線fg的方程為：

其中，

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；ra—橢圓弧長半軸，mm；rb—橢圓弧短半軸，mm；且ra＝r3，rb＝r2；α、β—角度，rad。

一種爪式真空泵，其特征是：使用所述的一種包含橢圓弧的爪式轉(zhuǎn)子。

本發(fā)明的有益效果為：

①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，從而提高爪式真空泵的內(nèi)容積比和綜合性能；

②該爪式轉(zhuǎn)子在爪頂處采用了2段爪頂圓弧，提高了爪式真空泵的嚙合密封性，減少了氣體的泄漏，增加了爪背處的厚度，從而提高了爪背處和轉(zhuǎn)子的力學(xué)性能；

③該爪式轉(zhuǎn)子提高了不對稱雙爪轉(zhuǎn)子爪式真空泵的吸氣量和容積利用率，降低了相對余隙容積，從而提高了爪式真空泵的工作效率，降低了使用功耗；

④該爪式轉(zhuǎn)子存在尖點(diǎn)，可以提高該爪式真空泵的自清潔能力，降低爪式真空泵工作過程中，因工作介質(zhì)的雜質(zhì)造成而的磨損增加，功耗變大的問題。

附圖說明

圖1是一種包含橢圓弧的爪式轉(zhuǎn)子的型線圖。

圖2是一種包含橢圓弧的爪式轉(zhuǎn)子的左爪式轉(zhuǎn)子(101)的型線圖。

圖3是一種包含橢圓弧的爪式轉(zhuǎn)子的右爪式轉(zhuǎn)子(102)的型線圖。

圖4是一種包含橢圓弧的爪式轉(zhuǎn)子在工作中各型線的嚙合圖。

圖中：ab、a′b′為第一擺線；bc、b′c′為爪頂圓?。籧d、c′d′為線段；de、d′e′為節(jié)圓圓弧；ef、e′f′為橢圓弧；ab、a′b′為第二擺線；bc、b′c′為爪底圓??；cd、c′d′為第三擺線；de、d′e′為線段的包絡(luò)線；ef、e′f′為節(jié)圓圓??；fg、f′g′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(shí)施方式

下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

如圖1所示，為所提出的一種包含橢圓弧的爪式轉(zhuǎn)子，左爪式轉(zhuǎn)子(101)包括：2段擺線(ab、a′b′)、4段圓弧(bc、de、b′c′、d′e′)、2段線段(cd、c′d′)、2段橢圓弧(ef、e′f′)；右爪式轉(zhuǎn)子(102)包括：4段擺線(ab、cd、a′b′、c′d′)、4段圓弧(bc、ef、b′c′、e′f′)、2段線段的包絡(luò)線(de、d′e′)、2段橢圓弧的包絡(luò)線(fg、f′g′)。

如圖2所示，為所提出的一種包含橢圓弧的爪式轉(zhuǎn)子的左爪式轉(zhuǎn)子(101)，按逆時(shí)針方向，轉(zhuǎn)子型線依次為：第一擺線ab、爪頂圓弧bc、線段cd、節(jié)圓圓弧de、橢圓弧ef、第一擺線a′b′、爪頂圓弧b′c′、線段c′d′、節(jié)圓圓弧d′e′、橢圓弧e′f′。

如圖3所示，為所提出的一種包含橢圓弧的爪式轉(zhuǎn)子的右爪式轉(zhuǎn)子(102)，按順時(shí)針方向，轉(zhuǎn)子型線依次為：第二擺線ab、爪底圓弧bc、第三擺線cd、線段的包絡(luò)線de、節(jié)圓圓弧ef、橢圓弧的包絡(luò)線fg、第二擺線a′b′、爪底圓弧b′c′、第三擺線c′d′、線段的包絡(luò)線d′e′、節(jié)圓圓弧e′f′、橢圓弧的包絡(luò)線f′g′。

如圖4所示，為所提出的一種包含橢圓弧的爪式轉(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(cuò)20°；即(a)圖到(b)圖左爪式轉(zhuǎn)子(101)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)20°，右爪式轉(zhuǎn)子(102)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)20°；(b)圖到(c)圖左爪式轉(zhuǎn)子(101)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)20°，右爪式轉(zhuǎn)子(102)順時(shí)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e′f′與右爪式轉(zhuǎn)子(102)的橢圓弧的包絡(luò)線f′g′相互嚙合；在圖(f)中，左爪式轉(zhuǎn)子(101)的節(jié)圓圓弧d′e′與右爪式轉(zhuǎn)子(102)的節(jié)圓圓弧e′f′相互嚙合；在圖(g)中，左爪式轉(zhuǎn)子(101)的線段c′d′與右爪式轉(zhuǎn)子(102)的線段的包絡(luò)線d′e′相互嚙合；在圖(h)中，左爪式轉(zhuǎn)子(101)的線段c′d′與右爪式轉(zhuǎn)子(102)的線段的包絡(luò)線d′e′相互嚙合，左爪式轉(zhuǎn)子(101)的第一爪尖b′與右爪式轉(zhuǎn)子(102)的第二擺線a′b′相互嚙合；在圖(i)中，左爪式轉(zhuǎn)子(101)的爪頂圓弧b′c′與右爪式轉(zhuǎn)子(102)的爪底圓弧b′c′相互嚙合，左爪式轉(zhuǎn)子(101)的第一爪尖b′與右爪式轉(zhuǎn)子(102)的第二擺線a′b′相互嚙合；在圖(j)中，左爪式轉(zhuǎn)子(101)的第二爪尖c′與右爪式轉(zhuǎn)子(102)的第三擺線c′d′相互嚙合。

上述雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但并非對本發(fā)明保護(hù)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(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。