一种全时无泄漏无回流的罗茨泵叶轮结构及热处理工艺

技术领域

本发明涉及罗茨泵叶轮结构技术领域，更具体地涉及一种全时无泄漏无回流的罗茨泵叶轮结构。

背景技术

罗茨泵实际上类似齿轮泵，其主要原理是利用叶间容积旋转实现搬运，再利用渐开线啮合的共轭特性，保持不交叉形成碰撞干涉，不相离形成泄露缺口，从而形成从出口到入口之间的动态闭合门户，使输送介质从入口被搬运到出口，不再泄露回到入口，齿轮泵由于流量较小，实际仅应用于少数领域，可罗茨鼓风机、罗茨真空泵、罗茨压缩机和罗茨凸轮转子泵的叶轮，只有两叶到数叶，没有同时多齿啮合的优势，顶根曲线如果处理不好，就会出现轮齿轮廓相离的持续泄露和泵叶顶根处固定容积式携带回流，这对于四种罗茨泵来说，都会大幅度降低工作效率、极限压力和最大流量。

发明内容

一种全时无泄漏无回流的罗茨泵叶轮结构，隶属凸轮转子泵、罗茨真空泵、罗茨风机和罗茨压缩机等领域，与传统罗茨泵叶轮一样采用在对滚运动中具有动态持续相切的特性的渐开线作为主轮廓曲线，由主动叶轮和从动叶轮构成，所述主动叶轮中间设有叶轮安装孔，其轮廓形状由叶顶曲线、渐开线、叶根曲线三个部分组成，所述渐开线部分为主轮廓曲线，所述叶顶曲线和所述叶根曲线采用完全相同的二次曲线，所述主动叶轮的叶片最少设置两叶轮齿，也可设置多叶轮齿，其中以两叶轮齿和三叶轮齿居多，所述主动叶轮围绕其节圆圆心旋转，所述节圆中心点一设为O，所述从动叶轮上节圆中心点二设为O’，所述中心点一O与中心点二 O’之间距离设为中心距a；

所述主动叶轮（1）和从动叶轮（2）可能设计成2至8叶轮齿，轮齿围绕所述节圆（7）呈均等夹角分布，叶间夹角为360°除以叶轮轮齿数，每叶轮齿包含两条渐开线（4），该两条渐开线（4）与轮齿齿厚对称直线（8）呈镜像对称，所述轮齿齿厚对称直线（8）与叶轮轮齿一样围绕所述中心点一O呈均等夹角分布，其数量与叶轮轮齿数相同，所述主动叶轮（1）中心点一O与所述从动叶轮（2）中心点二O’连成直线OO’,所述主动叶轮（1）的齿厚对称直线与所述节圆（7）形成交点一J，同一轮齿的主轮廓渐开线（4）与所述节圆（7）形成交点二K,所述直线OO’与所述节圆（7）形成交点三H，所述交点一J及所述交点二K分别与所述中心点一O之间连线形成夹角一α，称之为半齿宽圆心角，所述交点二K及所述交点三H分别与所述中心点一O之间连线形成夹角二β，称之为半槽宽圆心角，所述夹角二β与所述夹角一α保持角度相等关系；

优选的：所述主动叶轮旋转方向沿逆时针旋转，所述从动叶轮沿顺时针旋转，在所述主动叶轮的叶根曲线与所述从动叶轮叶顶曲线两曲线完全重合时，所述叶顶曲线和所述叶根曲线相邻的四条渐开线两两相切，形成共切点一A，反之另一侧相切形成共切点二B,所述的叶顶曲线和所述叶根曲线在这两切点处分别与四条渐开线主轮廓同时相切，此为无间隙啮合；

优选的：所述主动叶轮和从动叶轮两叶轮轮廓保持持续相切运转而无间断，两叶轮在旋转过程中，一侧两条渐开线啮合到共切点一A处结束，同时另一侧两条渐开线却在共切点二B处开始啮合，实现渐开线共轭动态持续相切无间断；

优选的：所述主动叶轮和从动叶轮两侧渐开线啮合交替的瞬间，所述共切点一A和共切点二B既能实现渐开线啮合无间断，无相离、无相交，一直保持动态持续相切，亦能实现凹凸面完全重合不会形成容积式凹腔，不会形成容积式携带回流，且全时段既无轮廓相交碰撞，亦无轮廓相离泄露；

在使用二维或三维CAD软件设计时，根据计算确定后的流量、中心距、基圆直径等基础数据，利用CAD软件提供的二次曲线功能，输入渐开线公式，生成叶轮主轮廓渐开线，经过圆心在第一象限作叶轮其中一个轮齿的齿厚对称直线，然后围绕基圆圆心旋转该渐开线，使其在节圆处的半齿厚圆心角与半槽宽圆心角相等（即夹角二β与夹角一α相等），这样对称制作出来的叶轮就能实现两只叶轮在设计中心距位置无间隙啮合；

使用镜像对称、旋转复制等功能生成叶轮的所有主轮廓渐开线，再用同样的方法在右侧画出配对叶轮的全部主轮廓渐开线，此时因为两叶轮为理论无间隙啮合，所以就会出现右侧叶轮朝左的叶齿两侧渐开线分别和左侧叶轮齿槽两侧的渐开线同时相切；

右叶轮朝左的叶齿与左叶轮朝右的齿槽正对，且为无间隙啮合，所以此时必然出现两侧四条渐开线两两相切现象，将这两个切点分别作为一侧两渐开线啮合的结束点和另一侧两渐开线啮合的起始点，在此两切点之间作一段二次曲线（如圆弧、椭圆、双曲线、抛物线等）与四条渐开线同时相切，用此二次曲线同时作为右侧叶轮的叶顶曲线和左侧叶轮的叶根曲线，并通过平移复制、旋转复制等功能生成左侧叶轮的所有叶顶和叶根曲线；

这样设计出来的两叶轮渐开线轮廓就能保持持续相切运转而无间断，也就是说两叶轮在旋转过程中，一侧两条渐开线啮合到此切点处结束，同时另一侧两条渐开线却在此瞬间开始啮合，实现渐开线共轭动态持续相切无间断，顶根曲线也就和四条渐开线的这两个切点在同一瞬间啮合而过，顶根曲线在此瞬间出现重合，实现全时序渐开线共轭无间断，无相离、无相交，也不会有容积式空腔，实际加工制作过程中会按公差要求预留出均匀的啮合运转间隙。

本发明的技术效果和优点：

两侧渐开线啮合交替的瞬间，亦是顶根曲线完全重合的瞬间，两切点既是两渐开线的一部分，亦是顶根曲线的一部分；既能实现渐开线啮合无间断，亦能实现顶根重合不会形成容积式凹腔；全时段既无轮廓相交碰撞，亦无轮廓相离泄露，这就达到了下列效果；

显著提高了凸轮转子泵的自吸力和极限压力，使其在不同压力下的计量准确性也非常可靠；

大幅提高了罗茨真空泵的抽吸真空度和工作效率；

大幅提高了罗茨压缩机的压缩比和能效比；

大幅提高罗茨风机的泵吸压力和工作效率，减小了罗茨风机因叶顶、叶根间隙造成的容积式携带回流，及其导致的压差释放而形成的爆炸噪声问题。

附图说明

图1为本发明的两叶轮啮合结构示意图，

图2为本发明的两叶轮啮合结构设计过程示意图，

图3为本发明的主动叶轮结构示意图，

图4为本发明的两叶轮全啮合示意图，

图5为本发明的两叶轮动态啮合状态1示意图，

图6为本发明的两叶轮动态啮合状态2示意图，

图7为本发明的两叶轮动态啮合状态3示意图。

附图标记为：1 主动叶轮；2 从动叶轮；3 叶顶曲线；4 渐开线；5 叶根曲线；6 基圆；7 节圆；8 轮齿齿厚对称轴直线；J 交点一；K 交点二；H 交点三；α 夹角一；β 夹角二；O中心点一；O’中心点二；A 共切点一；B 共切点二；a中心距。

具体实施方式

1、一种全时无泄漏无回流的罗茨泵叶轮结构，隶属凸轮转子泵、罗茨真空泵、罗茨风机和罗茨压缩机等领域，与传统罗茨泵叶轮一样采用在对滚运动中具有动态持续相切的特性的渐开线作为主轮廓曲线，由主动叶轮1和从动叶轮2构成，所述主动叶轮1和从动叶轮2形状和尺寸相同，所述主动叶轮1中间设有叶轮安装孔，其轮廓形状由叶顶曲线3、渐开线4、叶根曲线5三个部分组成，所述渐开线4部分为主轮廓曲线，所述叶顶曲线3和所述叶根曲线5采用完全相同的二次曲线，所述主动叶轮1的叶片最少设置两叶轮齿，也可设置多叶轮齿，所述主动叶轮1围绕其节圆7圆心旋转，所述节圆7中心点一设为O，所述从动叶轮2上节圆7中心点二设为O’，所述中心点一O与中心点二O’之间距离设为中心距a；

所述主动叶轮（1）和从动叶轮（2）可能设计成2至8叶轮齿，轮齿围绕所述节圆（7）呈均等夹角分布，叶间夹角为360°除以叶轮轮齿数，每叶轮齿包含两条渐开线（4），该两条渐开线（4）与轮齿齿厚对称直线（8）呈镜像对称，所述轮齿齿厚对称直线（8）与叶轮轮齿一样围绕所述中心点一O呈均等夹角分布，其数量与叶轮轮齿数相同，所述主动叶轮（1）中心点一O与所述从动叶轮（2）中心点二O’连成直线OO’,所述主动叶轮（1）的齿厚对称直线与所述节圆（7）形成交点一J，同一轮齿的主轮廓渐开线（4）与所述节圆（7）形成交点二K,所述直线OO’与所述节圆（7）形成交点三H，所述交点一J及所述交点二K分别与所述中心点一O之间连线形成夹角一α，称之为半齿宽圆心角，所述交点二K及所述交点三H分别与所述中心点一O之间连线形成夹角二β，称之为半槽宽圆心角，所述夹角二β与所述夹角一α保持角度相等关系；

所述主动叶轮1旋转方向沿逆时针旋转，所述从动叶轮2沿顺时针旋转，在所述主动叶轮1的叶根曲线5与所述从动叶轮2的叶顶曲线3两曲线完全重合时，与所述叶顶曲线3和所述叶根曲线5相邻的四条渐开线两两相切，形成共切点一A，反之另一侧相切形成共切点二B,所述的叶顶曲线和所述叶根曲线在这两切点处分别与四条渐开线主轮廓同时相切，此为无间隙啮合；

所述主动叶轮1和从动叶轮2两叶轮轮廓保持持续相切运转而无间断，两叶轮在旋转过程中，一侧两条渐开线啮合到共切点一A处结束，同时另一侧两条渐开线却在共切点二B处开始啮合，实现渐开线共轭动态持续相切无间断；

所述主动叶轮1和从动叶轮2两侧渐开线啮合交替的瞬间，所述共切点一A和共切点二B同时啮合，既能实现渐开线啮合无间断，无相离、无相交，一直保持动态持续相切，亦能实现凹凸面完全重合不会形成容积式凹腔，不会形成容积式携带回流，且全时段既无轮廓相交碰撞，亦无轮廓相离泄露；

在使用二维或三维CAD软件设计时，根据计算确定后的流量、中心距、基圆直径等基础数据，利用CAD软件提供的二次曲线功能，输入渐开线公式，生成叶轮主轮廓渐开线，经过圆心在第一象限作叶轮其中一个轮齿齿厚对称直线（8），然后围绕基圆圆心旋转该渐开线，使所述夹角二β与所述夹角一α保持角度相等关系，这样对称制作出来的叶轮就能实现两只叶轮在设计中心距位置无间隙啮合；

使用镜像对称、旋转复制等功能生成叶轮的所有主轮廓渐开线，再用同样的方法在右侧画出配对叶轮的全部主轮廓渐开线，此时因为两叶轮为理论无间隙啮合，所以就会出现右侧叶轮朝左的叶齿两侧渐开线分别和左侧叶轮齿槽两侧的渐开线同时相切；

右叶轮朝左的叶齿与左叶轮朝右的齿槽正对，且为无间隙啮合，所以此时必然出现两侧四条渐开线两两相切现象，将这两个切点分别作为一侧两渐开线啮合的结束点和另一侧两渐开线啮合的起始点，在此两切点之间作一段二次曲线（如圆弧、椭圆、双曲线、抛物线等）与四条渐开线同时相切，用此二次曲线同时作为右侧叶轮的叶顶曲线和左侧叶轮的叶根曲线，并通过平移复制、旋转复制等功能生成左侧叶轮的所有叶顶和叶根曲线；

两叶轮渐开线轮廓就能保持持续相切运转而无间断，也就是说两叶轮在旋转过程中，一侧两条渐开线啮合到此切点处结束，同时另一侧两条渐开线却在此瞬间开始啮合，实现渐开线共轭动态持续相切无间断，顶根曲线也就和四条渐开线的这两个切点在同一瞬间啮合而过，顶根曲线在此瞬间出现重合，实现全时序渐开线共轭无间断，无相离、无相交，也不会有容积式空腔，实际加工制作过程中会按公差要求预留出均匀的啮合运转间隙；

图纸设计时严格按照无间隙轮廓设计，这样方便计算泵壳内腔直径，也方便设计时寻找共切点，设计绘画顶根曲线；

利用自动编程CAM软件将图纸设计的轮廓曲线编辑生成数控加工中心G代码程序，然后用加工中心铣削成型；

加工中心铣削时调节刀具半径的补偿值，使机床输入的刀具补偿数值略小于实际刀具半径值，就能加工出理论无间隙轮廓的缩小等距线轮廓，实现罗茨泵叶轮运转、装配的均匀间隙。

最后应说明的几点是：首先，在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变，则相对位置关系可能发生改变；

其次：本发明公开实施例附图中，只涉及到与本公开实施条例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计，在不冲突情况下，本发明同一实施例及不同实施例可以相互组合；

最后：以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。