專利名稱：螺桿轉(zhuǎn)子的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用在螺桿泵中的螺桿轉(zhuǎn)子，該螺桿泵通過一對在該螺桿泵中相互嚙合 的螺桿轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)泵送流體。
背景技術(shù)：
日本未經(jīng)審查的專利申請公開No. 2008-38861公開了一種具有一對相互嚙合的 單頭螺紋螺桿轉(zhuǎn)子的螺桿泵。該螺桿轉(zhuǎn)子在該泵吸入側(cè)的螺旋角大于其在該泵排放側(cè)的螺 旋角，該螺旋角適合于隨著吸入量的增加進(jìn)行流體傳送。然而，在具有大螺旋角的螺桿轉(zhuǎn)子 的吸入側(cè)上，圈數(shù)較少，這將影響螺桿轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)平衡。日本未經(jīng)審查的專利申請公開No. 63-59031公開了另一種具有一對相互嚙合的 多頭螺紋螺桿轉(zhuǎn)子的螺桿泵。在這種螺桿泵中，不會出現(xiàn)像單頭螺紋螺桿轉(zhuǎn)子情況下那樣 的旋轉(zhuǎn)平衡問題。然而，當(dāng)具有小螺旋角的螺桿轉(zhuǎn)子的排放側(cè)上的圈數(shù)增加時(shí)，例如在雙頭螺紋轉(zhuǎn) 子中，在相同的螺旋角和相同的流體傳送量情況下，其齒厚大約為單頭螺紋螺桿轉(zhuǎn)子齒厚 的一半。在這種情況下，轉(zhuǎn)子殼體的內(nèi)表面和齒之間的密封長度大約為單頭螺紋螺桿轉(zhuǎn)子 密封長度的一半，這將引起密封性能降低。日本未經(jīng)審查的專利申請公開No. 3-111690公開了又一種在吸入側(cè)具有多頭螺 紋螺桿轉(zhuǎn)子而在排放側(cè)具有單頭螺紋螺桿轉(zhuǎn)子的螺桿泵。該多頭螺紋螺桿轉(zhuǎn)子與單頭螺紋 螺桿轉(zhuǎn)子是同心設(shè)置的。在這種螺桿泵中，不會出現(xiàn)像單頭螺紋螺桿轉(zhuǎn)子情況下的旋轉(zhuǎn)平 衡問題，也不會出現(xiàn)像雙頭螺紋螺桿轉(zhuǎn)子情況下的密封問題。然而，在公開文本No. 3-111690中公開的螺桿泵中，因?yàn)槎囝^螺紋螺桿轉(zhuǎn)子與單 頭螺紋螺桿轉(zhuǎn)子軸向間隔開，所以流體傳送空間的體積在螺紋數(shù)量變化的部分增加。這種 體積增加造成傳送流體的膨脹，這將引起螺桿泵的無效泵送操作。本發(fā)明旨在提供螺桿轉(zhuǎn)子，其防止螺桿泵的無效泵送操作同時(shí)保持螺桿轉(zhuǎn)子的良 好旋轉(zhuǎn)平衡并確保密封性能。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一方面，螺桿轉(zhuǎn)子是用在螺桿泵(11)中的，該螺桿泵通過一對在轉(zhuǎn) 子殼體(12)中相互嚙合的螺桿轉(zhuǎn)子(13，14)的旋轉(zhuǎn)泵送流體。該螺桿轉(zhuǎn)子(13，14)包括 用于泵吸入側(cè)的多頭螺紋部分(26，34)和用于泵排放側(cè)的單頭螺紋部分(29，37)。單頭螺 紋部分(29，37)在垂直于螺桿轉(zhuǎn)子(13，14)的旋轉(zhuǎn)軸線(151，161)的假想面中具有齒廓 (G11，G12)。該單頭螺紋部分(29,37)的齒廓(G11,G12)包括齒頂部(A1B1，A2B2)，其在 旋轉(zhuǎn)軸線(151，161)周圍環(huán)形地延伸；齒底部(C1D1，C2D2)，其在旋轉(zhuǎn)軸線(151，161)周圍 環(huán)形地延伸，該齒底部(C1D1、C2D2)的半徑小于齒頂部(A1B1，A2B2)的半徑；由余擺線形 成的第一曲線段(A1C1，A2C2)，該第一曲線段(A1C1，A2C2)連接齒頂部(A1B1，A2B2)的一 端(Al，A2)到齒底部(C1D1，C2D2)的一端(Cl，C2)；和第二曲線段(B1D1, B2D2)，其連接
3齒頂部(A1B1, A2B2)的另一端(Bi, B2)到齒底部(C1D1，C2D2)的另一端(Dl, D2)。多頭 螺紋部分(26，34)在垂直于螺桿轉(zhuǎn)子(13，14)的旋轉(zhuǎn)軸線(151，161)的假想面中具有齒廓 (G21，G22)。該多頭螺紋部分(26,34)的齒廓(G21，G22)包括齒頂部(42A，42B)，其在旋 轉(zhuǎn)軸線(151，161)周圍環(huán)形地延伸；齒底部(43A，43B)，其在旋轉(zhuǎn)軸線(151，161)周圍環(huán)形 地延伸，該齒底部(43A，43B)的半徑小于齒頂部(42A，42B)的半徑；和由余擺線形成的第三 曲線段(46A，46B)，該第三曲線段(46A，46B)連接齒頂部(42A，42B)的一端(422A，422B)到 齒底部(43A，43B)的一端。該螺桿轉(zhuǎn)子(13、14)如此形成以致于多頭螺紋部分(26，34)的 齒廓(G21，G22)通過垂直于螺桿轉(zhuǎn)子(13，14)的旋轉(zhuǎn)軸線(151，161)的邊界面(38，39)連 接到單頭螺紋部分(29,37)的齒廓(G11,G12)上。該第一曲線段(A1CUA2C2)滿足下列狀 態(tài)⑴或⑵(1)第一曲線段(A1C1，A2C2)在邊界面(38，39)中與第三曲線段(46A，46B)重合；(2)第一曲線段(A1CLA2C2)在與螺桿轉(zhuǎn)子(13，14)的旋轉(zhuǎn)方向(W，Z)相反的方 向上以角位差α 0與第三曲線段(46Α，46Β)在角度上間隔開，并且滿足角位差α0< Θ， 其中θ是邊界面(38，39)中從多頭螺紋部分(26，34)的齒頂部(42Α，42Β)的一端(422Α， 422Β)延伸到螺桿轉(zhuǎn)子(13，14)的旋轉(zhuǎn)軸線(151，161)的線(L11，L21)和從多頭螺紋部分 (26，34)的齒頂部(42A，42B)的另一端(421A，421B)延伸到螺桿轉(zhuǎn)子(13，14)的旋轉(zhuǎn)軸線 (151，161)的線(L12, L22)之間的齒頂部角。通過下面的描述，結(jié)合以舉例方式闡述了本發(fā)明原理的附圖，本發(fā)明的其它方面 和優(yōu)勢將變得明顯。


圖1是螺桿泵的縱向截面圖，該螺桿泵具有根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的第一螺桿轉(zhuǎn) 子和第二螺桿轉(zhuǎn)子；圖2是圖1中第一螺桿轉(zhuǎn)子和第二螺桿轉(zhuǎn)子的透視圖；圖3顯示了圖1和2中第一和第二螺桿轉(zhuǎn)子的雙頭螺紋部分的齒廓；圖4顯示了圖1和2中第一和第二螺桿轉(zhuǎn)子的單頭螺紋部分的齒廓；圖5詳細(xì)示出了單頭螺紋部分的齒廓；圖6是解釋如何確定漸開線的示意圖；圖7是解釋如何確定漸開線和余擺線的示意圖；圖8是解釋如何確定余擺線的示意圖；圖9A到9C是顯示位于第一和第二螺桿轉(zhuǎn)子的邊界面中的單頭螺紋部分和雙頭螺 紋部分的齒廓的示意圖；圖10顯示了通過該螺桿泵的流體傳送體積的變化曲線；圖IlA和IlB示意性地顯示了邊界面中單頭螺紋部分和雙頭螺紋部分的齒廓；和圖12示意性地顯示了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的第一和第二螺桿轉(zhuǎn)子的齒廓。
具體實(shí)施例方式參考圖1，螺桿泵11具有轉(zhuǎn)子殼體12，第一螺桿轉(zhuǎn)子13和第二螺桿轉(zhuǎn)子14可旋 轉(zhuǎn)地設(shè)置在其中。第一螺桿轉(zhuǎn)子13的軸15和第二螺桿轉(zhuǎn)子14的軸16延伸到該螺桿泵11
4的電動機(jī)殼體17中，電動機(jī)18容納在該電動機(jī)殼體中。電動機(jī)18產(chǎn)生的驅(qū)動力經(jīng)由其輸 出軸181和聯(lián)軸器19傳遞到軸15，因此旋轉(zhuǎn)軸15。軸15的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動經(jīng)由一對相互嚙合的 齒輪20和21傳遞到另一軸16，因此軸16沿與軸15相反的方向旋轉(zhuǎn)。第一螺桿轉(zhuǎn)子13沿 箭頭W指示的方向旋轉(zhuǎn)，而第二螺桿轉(zhuǎn)子14沿與箭頭方向W相反的、箭頭Z指示的方向旋轉(zhuǎn)。參考圖2，第一個(gè)螺桿轉(zhuǎn)子13包括雙頭螺紋部分26 (多頭螺紋部分)和單頭螺紋 部分29。該雙頭螺紋部分26具有兩個(gè)螺旋齒22、23和兩個(gè)螺旋槽24、25。該單頭螺紋部 分29具有一個(gè)螺旋齒27和一個(gè)螺旋槽28。類似地，第二螺桿轉(zhuǎn)子14包括雙頭螺紋部分 34 (多頭螺紋部分)和單頭螺紋部分37。該雙頭螺紋部分34具有兩個(gè)螺旋齒30、31和兩 個(gè)螺旋槽32、33。該單頭螺紋部分37具有一個(gè)螺旋齒35和一個(gè)螺旋槽36。第一螺桿轉(zhuǎn)子13的雙頭螺紋部分26的螺旋齒22、23與第二螺桿轉(zhuǎn)子14的雙頭 螺紋部分34的螺旋齒30、31嚙合，螺旋齒22、23插入到第二螺桿轉(zhuǎn)子14的雙頭螺紋部分 34的螺旋槽32、33中，以及螺旋齒30、31插入到第一螺桿轉(zhuǎn)子13的雙頭螺紋部分26的螺 旋槽24、25中。第一螺桿轉(zhuǎn)子13的單頭螺紋部分29的螺旋齒27與第二螺桿轉(zhuǎn)子14的單頭螺紋 部分37的螺旋齒35嚙合，螺旋齒27插入到第二螺桿轉(zhuǎn)子14的單頭螺紋部分37的螺旋槽 36中，以及螺旋齒35插入到第一螺桿轉(zhuǎn)子13的單頭螺紋部分29的螺旋槽28中。參考圖1，在第一螺桿轉(zhuǎn)子13中，雙頭螺紋部分26是通過邊界面38由單頭螺紋部 分29連續(xù)形成的。雙頭螺紋部分26位于螺桿泵11的吸入側(cè)，而單頭螺紋部分29位于螺 桿泵11的排放側(cè)。在第二螺桿轉(zhuǎn)子14中，雙頭螺紋部分34是通過邊界面39由單頭螺紋 部分37連續(xù)形成的。雙頭螺紋部分34位于該螺桿泵11的吸入側(cè)，而單頭螺紋部分37位 于該螺桿泵11的排放側(cè)。邊界面38、39位于垂直于第一和第二螺桿轉(zhuǎn)子13、14的旋轉(zhuǎn)軸 線151、161的同一假想面中。該轉(zhuǎn)子殼體12是由端壁122和周向壁123形成的。該轉(zhuǎn)子殼體12在其一端具有 形成通過端壁122的進(jìn)口 40從而與限定在該轉(zhuǎn)子殼體12中的吸入室121連通。蓋板10設(shè) 在該吸入室121中從而蓋住第一和第二螺桿轉(zhuǎn)子13、14的一部分端面。該轉(zhuǎn)子殼體12在 其另一端具有形成通過周向壁123的出口 41從而與該轉(zhuǎn)子殼體12的內(nèi)部空間連通。隨著第一和第二螺桿轉(zhuǎn)子13、14的旋轉(zhuǎn)，流體經(jīng)由進(jìn)口 40引入吸入室121。由于 蓋板10的存在，在給定時(shí)間將流體引入傳送空間，在螺旋槽中傳送到出口 41，然后經(jīng)由出 口 41排出螺桿泵11。圖3顯示了第一螺桿轉(zhuǎn)子13的雙頭螺紋部分26的齒廓G21和第二螺桿轉(zhuǎn)子14 的雙頭螺紋部分34的齒廓G22。圖4顯示了第一螺桿轉(zhuǎn)子13的單頭螺紋部分29的齒廓 Gll和第二螺桿轉(zhuǎn)子14的單頭螺紋部分37的齒廓G12。第一螺桿轉(zhuǎn)子13的齒廓是第一螺 桿轉(zhuǎn)子13在垂直于旋轉(zhuǎn)軸線151的假想面中的輪廓，類似地，第二螺桿轉(zhuǎn)子14的齒廓是第 二螺桿轉(zhuǎn)子14在垂直于旋轉(zhuǎn)軸線161的假想面中的輪廓。第一螺桿轉(zhuǎn)子13的螺紋方向(在圖3和4中用箭頭δ指示)與第一螺桿轉(zhuǎn)子13 的旋轉(zhuǎn)方向W相反。第二螺桿轉(zhuǎn)子14的螺紋方向(在圖3和4中用箭頭ε表示)與第二 螺桿轉(zhuǎn)子14的旋轉(zhuǎn)方向Z相反。第一螺桿轉(zhuǎn)子13的螺紋方向δ與第二螺桿轉(zhuǎn)子14的螺紋方向ε相反。
接下來將詳細(xì)描述第一和第二螺桿轉(zhuǎn)子13、14的單頭螺紋部分29、37的齒廓G11、 G12。參考圖5，符號Pl表示軸15的中心軸線上的點(diǎn)(即第一螺桿轉(zhuǎn)子13的旋轉(zhuǎn)軸線 151)，而符號P2表示軸16的中心軸線上的點(diǎn)(即第二螺桿轉(zhuǎn)子14的旋轉(zhuǎn)軸線161)。這些 點(diǎn)PI、P2，也就是第一和第二螺桿轉(zhuǎn)子13、14的旋轉(zhuǎn)中心，接下來被簡稱為中心點(diǎn)PI、P2。 符號L表示中心點(diǎn)Pl和P2之間的距離(即軸15和16的中心軸線之間的距離)。如圖5所示，第一螺桿轉(zhuǎn)子13的單頭螺紋部分29的齒廓Gll包括齒頂部AlBl和 齒底部ClDl。該齒頂部AlBl圍繞中心點(diǎn)Pl從點(diǎn)Al環(huán)形地延伸到點(diǎn)Bi。齒底部ClDl圍 繞中心點(diǎn)Pl從點(diǎn)Cl環(huán)形地延伸到點(diǎn)Dl。齒底部ClDl的半徑小于齒頂部AlB 1的半徑。 齒廓Gll進(jìn)一步包括第一曲線段AlCl和第二曲線段B1D1。第一曲線段AlCl連接齒頂部 AlBl的一端Al到齒底部ClDl的一端Cl。第二曲線段BlDl連接齒頂部AlBl的另一端Bl 到齒底部ClDl的另一端D1。第一曲線段AlCl是由余擺線形成的，在下文中也被稱為第一 余擺線AlCl。第二螺桿轉(zhuǎn)子14的單頭螺紋部分37的齒廓G12包括齒頂部A2B2和齒底部C2D2。 齒頂部A2B2圍繞中心點(diǎn)P2從點(diǎn)A2環(huán)形地延伸到點(diǎn)B2。齒底部C2D2圍繞中心點(diǎn)P2從點(diǎn) C2環(huán)形地延伸到點(diǎn)D2。齒底部C2D2的半徑小于齒頂部A2B2的半徑。齒廓G12進(jìn)一步包 括第一曲線段A2C2和第二曲線段B2D2。第一曲線段A2C2連接齒頂部A2B2的一端A2到齒 底部C2D2的一端C2。第二曲線段B2D2連接齒頂部A2B2的另一端B2到齒底部C2D2的另 一端D2。第一曲線段A2C2是由余擺線形成的，在下文中也被稱為第一余擺線A2C2。在圖5中，齒頂部AlBl的一端Al和齒頂部A2B2的一端A2位于經(jīng)過中心點(diǎn)Pl和 P2的假想線M上。第一螺桿轉(zhuǎn)子13的第一余擺線AlCl是由第二螺桿轉(zhuǎn)子14的齒頂部A2B2的一端 A2形成的。第二螺桿轉(zhuǎn)子14的第一余擺線A2C2是由第一螺桿轉(zhuǎn)子13的齒頂部AlBl的一 端Al形成的。第二螺桿轉(zhuǎn)子14的第二曲線段B2D2是由連接到齒頂部A2B2另一端B2和第二余 擺線E2D2的漸開線B2E2形成的。漸開線B2E2是由其中心是中心點(diǎn)P2的基圓獲得的。第 二余擺線E2D2是由第一螺桿轉(zhuǎn)子13的齒頂部AlBl的另一端Bl形成的。第一螺桿轉(zhuǎn)子13的第二曲線段BlDl是由連接到齒頂部AlBl的另一端Bl和第二 余擺線ElDl的漸開線BlEl形成的。漸開線BlEl是由一基圓獲得的，該基圓的中心是中心 點(diǎn)Pl并且其半徑小于距離L的一半(L/2)。第二余擺線ElDl是由第二螺桿轉(zhuǎn)子14的齒頂 部A2B2的另一端B2形成的。第二螺桿轉(zhuǎn)子14的單頭螺紋部分37的齒廓G12與第一螺桿轉(zhuǎn)子13的單頭螺紋 部分29的齒廓Gll —致。在該實(shí)施例中，第一螺桿轉(zhuǎn)子13的齒頂部AlBl圍繞中心點(diǎn)Pl的角度β 1小于 180度。齒底部ClDl圍繞中心點(diǎn)Pl的角度β 2也小于180度并且等于角度β 1。類似地，第二螺桿轉(zhuǎn)子14的齒頂部Α2Β2圍繞中心點(diǎn)Ρ2的角度為β 1，齒底部C2D2 圍繞中心點(diǎn)Ρ2的角度為與β 1相等的β 2。接下來將描述如何形成第一和第二螺桿轉(zhuǎn)子13，14的單頭螺紋部分29、37的齒廓 G11、G12。
要注意的是，圖6至8中參考數(shù)字13和14分別表示第一螺桿轉(zhuǎn)子13側(cè)和第二螺 桿轉(zhuǎn)子14側(cè)。參考圖6，首先確定中心點(diǎn)Pl和P2之間的距離(即距離L)。符號C31、C32表示 節(jié)圓，每個(gè)都具有半徑r( = L/2)并且在作為中心點(diǎn)Pl和P2之間的中點(diǎn)F處相互接觸。然 后，確定具有比r大的半徑Rl的外圓Cll和具有比r小的半徑R2的內(nèi)圓C21。距離L等于 半徑Rl和半徑R2的和。節(jié)圓C31與第一螺桿轉(zhuǎn)子13有關(guān)，節(jié)圓C32與第二螺桿轉(zhuǎn)子14有關(guān)。接著，經(jīng)過點(diǎn)F的漸開線11是基于基圓Col確定的，基圓的中心是中心點(diǎn)Pl并且 其半徑小于節(jié)圓C31的半徑。漸開線11與外圓Cll在第一螺桿轉(zhuǎn)子13上的交叉點(diǎn)是對應(yīng) 于上述的第一螺桿轉(zhuǎn)子13的齒頂部AlBl的另一端Bl的點(diǎn)Bi。類似地，經(jīng)過點(diǎn)F的漸開線12是基于基圓Co2確定的，該基圓的中心是中心點(diǎn)P2 并且其半徑小于節(jié)圓C32的半徑。漸開線12與外圓C12在第二螺桿轉(zhuǎn)子14上的交叉點(diǎn)是 對應(yīng)于上述的第二螺桿轉(zhuǎn)子14的齒頂部A2B2的另一端B2的點(diǎn)B2?；鶊ACol和Co2都具 有小于節(jié)圓C31、C32的半徑r的半徑Ro?，F(xiàn)在參考圖7，確定曲線J1。曲線Jl是點(diǎn)B2在外圓C12上的軌跡，該軌跡是第一 和第二螺桿轉(zhuǎn)子13、14旋轉(zhuǎn)時(shí)描繪的。曲線Jl是通過圍繞第一螺桿轉(zhuǎn)子13旋轉(zhuǎn)第二螺桿 轉(zhuǎn)子14形成的余擺線，同時(shí)節(jié)圓C32與節(jié)圓C31保持接觸。余擺線Jl與內(nèi)圓C21的交叉 點(diǎn)Dl對應(yīng)于上述的第一螺桿轉(zhuǎn)子13的齒底部ClDl的另一端Dl。余擺線Jl在點(diǎn)El處與 漸開線11相連。第一螺桿轉(zhuǎn)子13中的漸開線BlEl是由從點(diǎn)Bl延伸到點(diǎn)El的漸開線11 形成的，第一螺桿轉(zhuǎn)子13中的第二余擺線ElDl是由從點(diǎn)El延伸到點(diǎn)Dl的余擺線Jl形成 的。第二余擺線ElDl的切線與漸開線BlEl的切線在它們之間的連接點(diǎn)處重合。類似地，確定曲線J2。曲線J2是點(diǎn)Bl在第一和第二螺桿轉(zhuǎn)子13，14旋轉(zhuǎn)時(shí)在外 圓Cll上描繪的軌跡。曲線J2是通過圍繞第二螺桿轉(zhuǎn)子14旋轉(zhuǎn)第一螺桿轉(zhuǎn)子13形成的 余擺線，同時(shí)節(jié)圓C31與節(jié)圓C32保持接觸。余擺線J2與內(nèi)圓C22的交叉點(diǎn)D2對應(yīng)于上 述的第二螺桿轉(zhuǎn)子14的齒底部C2D2的另一端D2。余擺線J2在點(diǎn)E2處與漸開線12相連。 第二螺桿轉(zhuǎn)子14中的漸開線B2E2是由從點(diǎn)B2延伸到點(diǎn)E2的漸開線12形成的，第二螺桿 轉(zhuǎn)子14中的第二余擺線E2D2是由從點(diǎn)E2延伸到點(diǎn)D2的余擺線J2形成的。第二余擺線 E2D2的切線與漸開線B2E2的切線在它們之間的連接點(diǎn)處重合。然后參考圖8，確定點(diǎn)Al和曲線K1。點(diǎn)Al位于經(jīng)過中心點(diǎn)PI、P2的線M上并且 還位于第一螺桿轉(zhuǎn)子13側(cè)的外圓Cll上。曲線Kl是點(diǎn)A2在第一和第二螺桿轉(zhuǎn)子13、14 旋轉(zhuǎn)時(shí)在外圓C12上描繪的軌跡。曲線Kl是通過圍繞第一螺桿轉(zhuǎn)子13旋轉(zhuǎn)第二螺桿轉(zhuǎn)子 14形成的余擺線，同時(shí)節(jié)圓C32與節(jié)圓C31保持接觸。點(diǎn)Al對應(yīng)于上述的第一螺桿轉(zhuǎn)子 13的齒頂部AlBl的一端Al。第一螺桿轉(zhuǎn)子13中的第一余擺線AlCl是由從點(diǎn)Al延伸到 點(diǎn)Cl的余擺線Kl形成的，點(diǎn)Cl是余擺線Kl與內(nèi)圓C21的交叉點(diǎn)。類似地，確定點(diǎn)A2和曲線K2。點(diǎn)A2位于經(jīng)過中心點(diǎn)P1、P2的線M上并且還位于 第二螺桿轉(zhuǎn)子14側(cè)的外圓C12上。曲線K2是點(diǎn)Al在第一和第二螺桿轉(zhuǎn)子13、14旋轉(zhuǎn)時(shí) 在外圓Cll上描繪的軌跡。曲線K2是通過圍繞第二螺桿轉(zhuǎn)子14旋轉(zhuǎn)第一螺桿轉(zhuǎn)子13形 成的余擺線，同時(shí)節(jié)圓C31與節(jié)圓C32保持接觸。點(diǎn)A2對應(yīng)于上述的第二螺桿轉(zhuǎn)子14的 齒頂部A2B2的一端A2。第二螺桿轉(zhuǎn)子14中的第一余擺線A2C2是由從點(diǎn)A2延伸到點(diǎn)C2的余擺線K2形成的，點(diǎn)C2是余擺線K2與內(nèi)圓C22的交叉點(diǎn)。第一螺桿轉(zhuǎn)子13的齒頂部AlBl (見圖5)是由外圓Cll的弧形成的，該弧從第一 余擺線AlCl上的點(diǎn)Al延伸到漸開線BlEl上的點(diǎn)Bi。第一螺桿轉(zhuǎn)子13的齒底部ClDl (見 圖5)是由內(nèi)圓C21的弧形成的，該弧從第一余擺線AlCl上的點(diǎn)Cl延伸到第二余擺線ElDl 上的點(diǎn)D1。類似地，第二螺桿轉(zhuǎn)子14的齒頂部A2B2和齒底部C2D2(見圖5)基本上以與第 一螺桿轉(zhuǎn)子13中相同的方式形成。第二螺桿轉(zhuǎn)子14的點(diǎn)A2隨著第一和第二螺桿轉(zhuǎn)子13、14的旋轉(zhuǎn)沿著第一螺桿轉(zhuǎn) 子13的第一余擺線AlCl移動。然后，第一螺桿轉(zhuǎn)子13的點(diǎn)Al沿著第二螺桿轉(zhuǎn)子14的第 一余擺線A2C2移動。另外，第一螺桿轉(zhuǎn)子13的點(diǎn)Bl隨著第一和第二螺桿轉(zhuǎn)子13、14的旋轉(zhuǎn)沿著第二 螺桿轉(zhuǎn)子14的第二余擺線E2D2移動。然后第一螺桿轉(zhuǎn)子13的漸開線BlEl在第二螺桿轉(zhuǎn) 子14的漸開線B2E2上旋轉(zhuǎn)同時(shí)與其保持接觸。然后，第二螺桿轉(zhuǎn)子14的點(diǎn)B2沿著第一 螺桿轉(zhuǎn)子13的第二余擺線ElDl移動?；仡^參考圖3，第一螺桿轉(zhuǎn)子13的雙頭螺紋部分26的齒廓G21包括齒頂部42A, 齒底部43A，齒底部44A，齒頂部45A，由余擺線形成的第三曲線段46A，第四曲線段47A和 曲線段48A、49A。第三曲線段46A連接齒頂部42A的一端422A(即第三曲線段46A的一端 461A)到齒底部43A的一端。齒頂部42A的另一端421A連接到第四曲線段47A。第四曲線 段47A和曲線段48A、49A是由漸開線和余擺線形成的。齒頂部42A、齒底部43A、齒底部44A 和齒頂部45A是中心為中心點(diǎn)Pl的圓的弧。第二螺桿轉(zhuǎn)子14的雙頭螺紋部分34的齒廓G22包括齒頂部42B，齒底部43B，齒 底部44B，齒頂部45B，由余擺線形成的第三曲線段46B，第四曲線段47B和曲線段48B、49B。 第三曲線段46B連接齒頂部42B的一端422B(即第三曲線段46B的一端461B)到齒底部 43B的一端。齒頂部42B的另一端421B連接到第四曲線段47B。第四曲線段47B和曲線段 48B、49B是由漸開線和余擺線形成的。齒頂部42B、齒底部43B、齒底部44B和齒頂部45B是 中心為中心點(diǎn)P2的圓的弧。第二螺桿轉(zhuǎn)子14的雙頭螺紋部分34的齒廓G22與第一螺桿轉(zhuǎn)子13的雙頭螺紋 部分26的齒廓G21相同。齒廓G21、G22中的齒頂部42A、42B、45A、45B的半徑與單頭螺紋部分29、37的齒廓 GlU G12中齒頂部A1B1、A2B2的半徑基本相等。齒廓G21、G22中的齒底部43A、43B、44A、 44B的半徑與單頭螺紋部分29、37的齒廓G11、G12中齒底部C1D1、C2D2的半徑基本相等。由齒廓G21、G22中的余擺線形成的第三曲線段46A、46B是由與通過齒廓G11、G12 中余擺線形成的第一曲線段A1C1、A2C2相同的方式形成的。第三曲線段46A、46B的輪廓與 由齒廓G11、G12中余擺線形成的第一曲線段A1C1、A2C2的輪廓相同。每一個(gè)由漸開線和余擺線形成的第四曲線段47A、47B和曲線段48A、48B、49A、49B 是由與單頭螺紋部分29、37的齒廓G11、G12中第二曲線段B1D1、B2D2相同的方式形成的。隨著第一和第二螺桿轉(zhuǎn)子13、14的旋轉(zhuǎn)，第三曲線段46B的一端461B沿著第三曲 線段46A掠過，第三曲線段46A的一端461A沿著第三曲線段46B掠過。另外，根據(jù)第一和 第二螺桿轉(zhuǎn)子13、14的旋轉(zhuǎn)，第四曲線段47A面對第四曲線段47B，曲線段48A面對曲線段 48B，曲線段49A面對曲線段49B。
由此形成的單頭螺紋部分29、37的齒廓Gil、G12和雙頭螺紋部分26、34的齒廓 G2UG22設(shè)置為齒廓G21經(jīng)由邊界面38連接到齒廓G11，并且齒廓G22經(jīng)由邊界面39連接 到齒廓G12。圖9A示意性顯示了邊界面38、39中的雙頭螺紋部分26、34的齒廓G21、G22和單 頭螺紋部分29、37的齒廓G11、G12。在接下來的描述中，符號α 1(彡0)表示邊界面38中在中心點(diǎn)Pl周圍的角位置 在雙頭螺紋部分26的齒廓G21的第三曲線段46Α(余擺線)和單頭螺紋部分29的齒廓Gll 的第一曲線段AlCl (余擺線)之間的差值。在圖9Α的情形下，在邊界面38中中心點(diǎn)Pl周 圍，第三曲線段46Α的角位置與第一曲線段AlCl的角位置重合，角位置的差值α 1，也就是 說角位差α ，為零。類似地，在接下來的描述中，符號α 2(彡0)表示邊界面39中在中心點(diǎn)Ρ2周圍的 角位置在雙頭螺紋部分34的齒廓G22的第三曲線段46Β(余擺線)和單頭螺紋部分37的 齒廓G12的第一曲線段A2C2(余擺線)之間的差值。在圖9A的情形下，在邊界面39中在 中心點(diǎn)P2周圍，第三曲線段46B的角位置與第一曲線段A2C2的角位置重合，角位置的差值 α 2，也就是說角位差α 2，為零。在本實(shí)施例中，α 1等于α 2，因此角位差α 1、α 2在下文中以符號α 0表示。在圖9Α中，符號θ 1表示從齒頂部42Α的一端422Α延伸到中心點(diǎn)Pl的線Lll和 從齒頂部42Α的另一端421Α延伸到中心點(diǎn)Pl的線L12之間的角度。具體地說，符號θ 1表 示經(jīng)過作為邊界面38中在中心點(diǎn)Pl周圍的弧的齒頂部42Α的相應(yīng)端422Α、421Α的線Lll 和L12之間的角度。類似地，符號θ 2表示從齒頂部42Β的一端422Β延伸到中心點(diǎn)Ρ2的 線L21和從齒頂部42Β的另一端421Β延伸到中心點(diǎn)Ρ2的線L22之間的角度。具體地說，符 號θ 2表示經(jīng)過作為邊界面39中在中心點(diǎn)Ρ2周圍的弧的齒頂部42Β的相應(yīng)端422Β、421Β 的線L21和L22之間的角度。在圖9Α中，θ 1等于θ 2，因此角度θ 1、θ 2在下文中由符號θ 0表示。圖9Β顯示出的狀態(tài)是齒廓Gll已經(jīng)通過沿與旋轉(zhuǎn)方向W(即螺紋方向δ )相反的 方向旋轉(zhuǎn)αο(< θ ο)從圖9Α的位置移開，還顯示出的狀態(tài)是齒廓G12已經(jīng)通過沿與旋轉(zhuǎn) 方向Z(即螺紋方向O相反的方向旋轉(zhuǎn)α 0(< θ ο)從圖9Α的位置移開。圖9C顯示出的狀態(tài)是齒廓Gll已經(jīng)通過沿旋轉(zhuǎn)方向W(即與螺紋方向δ相反的 方向)旋轉(zhuǎn)αο(< θ ο)從圖9Α的位置移開，還顯示出的狀態(tài)是齒廓G12已經(jīng)通過沿旋轉(zhuǎn) 方向Ζ(即與螺紋方向ε相反的方向)旋轉(zhuǎn)α ο(< θ ο)從圖9Α的位置移開。在圖9Α的情況下，邊界面38中的第一曲線段AlCl和邊界面39中的第一曲線段 A2C2滿足下述條件(1)(1)在邊界面38中，第一曲線段AlCl與第三曲線段46Α重合，在邊界面39中，第 一曲線段A2C2與第三曲線段46Β重合。在圖9Β的情況下，邊界面38中的第一曲線段AlCl和邊界面39中的第一曲線段 A2C2滿足下述條件(2)(2)第一曲線段AlCl沿與第一螺桿轉(zhuǎn)子13的旋轉(zhuǎn)方向W相反的方向(即螺紋方 向S)與第三曲線段46Α在角度上間隔角位差αο，滿足角位差αο< Θ1，其中Θ1是邊 界面38中從齒頂部42Α的一端422Α延伸到中心點(diǎn)Pl (旋轉(zhuǎn)軸線151)的線Lll和從齒頂部42A的另一端421A延伸到中心點(diǎn)Pl的線L12之間的角度(齒頂部角)。第一曲線段A2C2 沿與第二螺桿轉(zhuǎn)子14的旋轉(zhuǎn)方向Z相反的方向(即螺紋方向O與第三曲線段46B在角 度上間隔角位差α ο，滿足角位差α ο < θ 2，其中θ 2是邊界面39中從齒頂部42Β的一端 422Β延伸到中心點(diǎn)Ρ2 (旋轉(zhuǎn)軸線161)的線L21和從齒頂部42Β的另一端421Β延伸到中心 點(diǎn)Ρ2的線L22之間的角度(齒頂部角)。如果滿足上述條件(1)或(2)，位于邊界面38，39上游并鄰近邊界面38，39的雙頭 螺紋部分26，34的螺旋槽的體積Vl隨著第一和第二螺桿轉(zhuǎn)子13，14的旋轉(zhuǎn)按照圖10中曲 線H指示進(jìn)行變化。在圖10中，水平軸線表示第一和第二螺桿轉(zhuǎn)子13、14的角位置，而垂直軸線表示 流體體積。圖9A、9B、9C顯示出的狀態(tài)是第一和第二螺桿轉(zhuǎn)子13、14的角位置在圖10中為0度。當(dāng)?shù)谝缓偷诙輻U轉(zhuǎn)子13、14從0度角位置旋轉(zhuǎn)兩整圈(0到720度)時(shí)，通過曲 線H表示的體積Vl從最大值Vh集中到零而沒有增加。如果滿足條件(1)，位于邊界面38、39下游并鄰近邊界面38、39的單頭螺紋部分 29,37的螺旋槽的體積V2隨著第一和第二螺桿轉(zhuǎn)子13、14的旋轉(zhuǎn)按照圖10中曲線Q指示 進(jìn)行變化。當(dāng)?shù)谝缓偷诙輻U轉(zhuǎn)子13、14從0度角位置旋轉(zhuǎn)兩整圈(0到720度)時(shí)，通過 曲線Q表示的體積V2逐漸增加然后集中于一預(yù)定值，該預(yù)定值是遠(yuǎn)離邊界面38、39的單頭 螺紋部分29、37的螺旋槽的體積(以下簡稱為Vq)。另一方面，如果滿足條件(2)，隨著第 一和第二螺桿轉(zhuǎn)子13、14的旋轉(zhuǎn)，體積V2的變化相對于圖10中的曲線Q延遲α 0。也就 是說，體積V2按照在圖10中從曲線Q的位置向右移動αο的曲線進(jìn)行變化。為體積Vl和 V2總和的流體傳送體積(V1+V2)按照圖10中曲線HQ的指示進(jìn)行變化。當(dāng)?shù)谝缓偷诙輻U 轉(zhuǎn)子13、14從0度角位置旋轉(zhuǎn)兩整圈(0到720度)時(shí)，通過曲線HQ表示的流體傳送體積 (V1+V2)集中于曲線Q上的最大體積Vq而沒有增加。如果條件(1)和⑵都不能滿足，例如，當(dāng)齒廓Gll已經(jīng)通過沿旋轉(zhuǎn)方向W(即與 螺紋方向S相反的方向)旋轉(zhuǎn)α0(< θ ο)從圖9Α的位置移開時(shí)，如圖9C所示，流體傳 送體積(V1+V2)隨著第一和第二螺桿轉(zhuǎn)子13、14的旋轉(zhuǎn)按照圖10中的曲線S進(jìn)行變化。這是因?yàn)槲挥谶吔缑?8下游并鄰近邊界面38的單頭螺紋部分29的螺旋槽 在-α ο到0度的范圍內(nèi)沒有連接到雙頭螺紋部分26的螺旋槽。當(dāng)單頭螺紋部分29的螺 旋槽在0度連接到雙頭螺紋部分26的螺旋槽時(shí)，流體傳送體積通過連接到雙頭螺紋部分26 的螺旋槽的單頭螺紋部分29的螺旋槽的體積快速增加。圖IlA顯示出的狀態(tài)是在邊界面38中雙頭螺紋部分26的齒廓G21的第四曲線段 47Α和單頭螺紋部分29的齒廓Gll的第一曲線段AlCl之間存在間隙gl。在這種情況下， 由于存在間隙gl，由鄰近邊界面38的雙頭螺紋部分26的螺旋槽24形成的、鄰近第三曲線 段46A的兩個(gè)不同的流體傳送空間通過鄰近邊界面38的單頭螺紋部分29的螺旋槽28相 互連接。也就是說，位于第三曲線段46A上游和下游的兩個(gè)不同的流體傳送空間是相連的。圖IlB顯示出的狀態(tài)是在邊界面39中雙頭螺紋部分34的齒廓G22的第四曲線段 47B和單頭螺紋部分37的齒廓G12的第一曲線段A2C2之間存在間隙g2。在這種情況下， 由于存在間隙g2，由鄰近邊界面39的雙頭螺紋部分34的螺旋槽32形成的、鄰近第三曲線 段46B的兩個(gè)不同的流體傳送空間通過鄰近邊界面39的單頭螺紋部分37的螺旋槽36相互連接。也就是說，位于第三曲線段46B上游和下游的兩個(gè)不同的流體傳送空間是相連的。這種間隙gl、g2的存在造成流體傳送體積的快速增加和減少，如圖10中曲線S所 示。另外，即使在滿足狀態(tài)αο< θ ο時(shí)，也可根據(jù)第四曲線段47Α、47Β的輪廓與多頭螺紋 部分中的螺紋數(shù)目的結(jié)合產(chǎn)生間隙gl、g2。在這種情況下，這種結(jié)合限于不會造成這種gl、 g2的一種結(jié)合。根據(jù)第一實(shí)施例的第一和第二螺桿轉(zhuǎn)子13、14提供下列優(yōu)勢。(1)第一曲線段A1C1、A2C2滿足條件(1)或(2)。因此，當(dāng)?shù)谝缓偷诙輻U轉(zhuǎn)子 13、14從0度角位置旋轉(zhuǎn)兩整圈(0到720度)時(shí)，在圖10中通過曲線HQ表示的流體傳送 體積(V1+V2)集中于曲線Q上的最大體積Vq而沒有增加。也就是說，當(dāng)?shù)谝缓偷诙輻U轉(zhuǎn) 子13、14從0度角位置旋轉(zhuǎn)兩整圈(0到720度)時(shí)，鄰近邊界面38、39的螺旋槽的體積集 中于曲線Q上的最大體積Vq而沒有增加。這有助于防止螺桿泵11的無效泵送操作同時(shí)保 持螺桿轉(zhuǎn)子13、14的良好旋轉(zhuǎn)平衡并且保證密封性能。(2)當(dāng)齒廓Gil、G12、G2UG22的尺寸誤差很大并且滿足條件α 0 = θ 0時(shí)，間隙 gl、g2可如圖IlA和IlB所示地產(chǎn)生。然而，滿足條件α0 < θ 0的本實(shí)施例防止了間隙 gl、g2的產(chǎn)生。因此，當(dāng)?shù)谝缓偷诙輻U轉(zhuǎn)子13、14從0度角位置旋轉(zhuǎn)兩整圈(0到720度) 時(shí)，流體傳送體積(V1+V2)可靠地集中于圖10中曲線Q上的最大體積Vq而沒有增加。(3)第一和第二螺桿轉(zhuǎn)子13、14中的第二曲線B1D1、B2D2是由復(fù)合曲線形成的， 該復(fù)合曲線分別由漸開線B1E1、B2E2和第二余擺線E1D1、E2D2形成。這種復(fù)合曲線的使用 使第二曲線段B1D1、B2D2縮短，因此使齒頂部A1B1、A2B2和齒底部C1D1、C2D2的圓周長度 增加，由此獲得增加的角度β 1、β 2。齒頂部Α1Β1、Α2Β2的這種增加的圓周長度實(shí)現(xiàn)波峰 271,351的軸向長度(見圖1)沿旋轉(zhuǎn)軸線151，161的增加，因此增加波峰271,351和轉(zhuǎn)子 殼體12的內(nèi)周表面之間的軸向密封長度。這防止波峰271、351和轉(zhuǎn)子殼體12的內(nèi)周表面 之間的流體泄漏。上述實(shí)施例可以如下舉例說明的多種方式進(jìn)行變化。本發(fā)明適用于螺桿轉(zhuǎn)子，具有例如G11、G12的齒廓的單頭螺紋部分和具有如圖12 所示的齒廓G31、G32的多頭螺紋部分或三頭螺紋部分。注意到的是齒廓G31、G32與日本已 審專利申請公開No. 63-59031中公開的齒廓大體上相同。齒廓G31、G32包括由余擺線形成 的第三曲線段46A、46B。多頭螺紋部分的齒廓G31、G32和單頭螺紋部分的齒廓G11、G12滿 足如上所述的條件⑴或⑵。第二曲線B1D1、B2D2，第四曲線段47A、47B和曲線段48A、48B、49A、49B可由基于 除漸開線和余擺線之外的圓弧的曲線形成。這本發(fā)明適用于包括單頭螺紋線部分和多頭螺紋部分的螺桿轉(zhuǎn)子，其螺紋數(shù)是四 個(gè)或更多。
權(quán)利要求
一種用于螺桿泵(11)的螺桿轉(zhuǎn)子，該螺桿泵通過一對在轉(zhuǎn)子殼體(12)中相互嚙合的螺桿轉(zhuǎn)子(13，14)的旋轉(zhuǎn)泵送流體，該螺桿轉(zhuǎn)子(13，14)包括用于泵吸入側(cè)的多頭螺紋部分(26，34)和用于泵排放側(cè)的單頭螺紋部分(29，37)，其特征在于，該單頭螺紋部分(29，37)在垂直于螺桿轉(zhuǎn)子(13，14)的旋轉(zhuǎn)軸線(151，161)的假想面中具有齒廓(G11，G12)，該單頭螺紋部分(29，37)的齒廓(G11，G12)包括齒頂部(A1B1，A2B2)，其圍繞旋轉(zhuǎn)軸線(151，161)環(huán)形地延伸；齒底部(C1D1，C2D2)，其圍繞旋轉(zhuǎn)軸線(151，161)環(huán)形地延伸，該齒底部(C1D1、C2D2)的半徑小于齒頂部(A1B1，A2B2)的半徑；由余擺線形成的第一曲線段(A1C1，A2C2)，該第一曲線段(A1C1，A2C2)將齒頂部(A1B1，A2B2)的一端(A1，A2)連接到齒底部(C1D1，C2D2)的一端(C1，C2)；和第二曲線段(B1D1，B2D2)，其將齒頂部(A1B1，A2B2)的另一端(B1，B2)連接到齒底部(C1D1，C2D2)的另一端(D1，D2)，該多頭螺紋部分(26，34)在垂直于螺桿轉(zhuǎn)子(13，14)的旋轉(zhuǎn)軸線(151，161)的假想面中具有齒廓(G21，G22)，該多頭螺紋部分(26，34)的齒廓(G21，G22)包括齒頂部(42A，42B)，其圍繞旋轉(zhuǎn)軸線(151，161)環(huán)形地延伸；齒底部(43A，43B)，其圍繞旋轉(zhuǎn)軸線(151，161)環(huán)形地延伸，該齒底部(43A，43B)的半徑小于齒頂部(42A，42B)的半徑；和由余擺線形成的第三曲線段(46A，46B)，該第三曲線段(46A，46B)將齒頂部(42A，42B)的一端(422A，422B)連接到齒底部(43A，43B)的一端，該螺桿轉(zhuǎn)子(13、14)如此形成以致于多頭螺紋部分(26，34)的齒廓(G21，G22)通過垂直于螺桿轉(zhuǎn)子(13，14)的旋轉(zhuǎn)軸線(151，161)的邊界面(38，39)連接到單頭螺紋部分(29，37)的齒廓(G11，G12)，和該第一曲線段(A1C1、A2C2)滿足下列條件(1)或(2)(1)第一曲線段(A1C1，A2C2)在邊界面(38，39)中與第三曲線段(46A，46B)重合；(2)第一曲線段(A1C1，A2C2)在與螺桿轉(zhuǎn)子(13，14)的旋轉(zhuǎn)方向(W，Z)相反的方向上以角位差α0與第三曲線段(46A，46B)在角度上間隔開，并且滿足角位差α0＜θ，其中θ是邊界面(38，39)中從多頭螺紋部分(26，34)的齒頂部(42A，42B)的一端(422A，422B)延伸到螺桿轉(zhuǎn)子(13，14)的旋轉(zhuǎn)軸線(151，161)的線(L11，L21)和從多頭螺紋部分(26，34)的齒頂部(42A，42B)的另一端(421A，421B)延伸到螺桿轉(zhuǎn)子(13，14)的旋轉(zhuǎn)軸線(151，161)的線(L12，L22)之間的齒頂部角。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的螺桿轉(zhuǎn)子，其特征在于多頭螺紋部分(26，34)的螺紋數(shù)是兩個(gè)或 三個(gè)。
3.一種包括一對如權(quán)利要求1或2所述的螺桿轉(zhuǎn)子(13，14)的螺桿泵，其中，該螺桿轉(zhuǎn) 子(13，14)相互在相反的方向上旋轉(zhuǎn)。
4.如權(quán)利要求1的螺桿轉(zhuǎn)子，其特征在于該第一曲線段(A1C1，A2C2)的輪廓與該第三 曲線段(46A，46B)的輪廓相同。
5.如權(quán)利要求1的螺桿轉(zhuǎn)子，其特征在于該第二曲線段(B1D1，B2D2)是由復(fù)合曲線形 成，該復(fù)合曲線是由漸開線(B1ELB2E2)和余擺線(E1D1,E2D2)形成。
全文摘要
本發(fā)明公開了螺桿轉(zhuǎn)子，其用于螺桿泵，該螺桿泵通過一對在轉(zhuǎn)子殼體中相互嚙合的螺桿轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)泵送流體。該螺桿轉(zhuǎn)子包括用于泵吸入側(cè)的多頭螺紋部分和用于泵排放側(cè)的單頭螺紋部分。該螺桿轉(zhuǎn)子如此形成以致于多頭螺紋部分的齒廓通過垂直于螺桿轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸線的邊界面連接到單頭螺紋部分的齒廓上。第一曲線段在邊界面中與第三曲線段重合。
文檔編號F04C18/16GK101963153SQ20101027796
公開日2011年2月2日 申請日期2010年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月22日
發(fā)明者井澤祐彌, 吉川誠, 山本真也, 稻垣雅洋 申請人:株式會社豐田自動織機(jī)